KR101989723B1 - 폐열 증기 발생기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐열 증기 발생기, 특히 적어도 하나의 증발기 가열면(12) 및 적어도 하나의 예열기 가열면(11)이 배치되는 배기 가스 채널(10)을 포함하는 수직 구조를 갖는 폐열 증기 발생기에 관한 것이다. 적어도 하나의 증발기 가열면(12) 및 적어도 하나의 예열기 가열면(11)은 적어도 하나의 예열기 가열면(11)이 급수 측으로 적어도 하나의 증발기 가열면(12)의 상류에 배치되도록 함께 연결된다. 폐열 증기 발생기는 또한 급수 측에서 적어도 하나의 증발기 가열면(12)의 하류에 배치되는 물 분리기(20, 20')를 포함한다. 초과 배관 길이 시스템이 배기 가스 채널(10)의 외부 및 급수 측으로 적어도 하나의 증발기 가열면(12)과 적어도 하나의 예열기 가열면(11) 사이에 배치되고, 상기 시스템은, 급수가 적어도 하나의 예열기 가열면(11)을 완전히 충전한 후에 초과 배관 길이 시스템의 수직 배관(15')에 범람(15''')을 유발하고 따라서 하강배관(15'')을 통해 적어도 하나의 증발기 가열면(12)에 도달하도록 설계된다.

Description

폐열 증기 발생기
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 폐열 증기 발생기에 관한 것이다.
가스 및 증기 터빈 플랜트(gas and steam turbine plant)에서, 가스 터빈에서 배출되는 배기 가스는 증기 터빈을 위한 증기를 발생시키기 위해서 사용된다. 이 경우, 폐열 증기 발생기에서 열 전달이 일어나며, 이 폐열 증기 발생기는 가스 터빈의 하류에 배치되며, 폐열 증기 발생기에서 배기 가스 채널에는 증기를 발생시키고 또한 후속하여 증기를 과열시키기 위해 급수를 예열하기 위한 다수의 가열면들이 배치되어 있다. 이를 위해, 가열면들은 증기 터빈의 급수/증기 회로에 연결되며 따라서 상기 회로에서 유동하는 매체가 이들을 차례로 통과 유동한다.
배기 가스측의 가스 터빈의 하류에 배치되는 폐열 증기 발생기에 대해서, 다수의 대안적인 설계 개념, 즉 통과 증기 발생기로서의 설계 또는 순환 증기 발생기로서의 설계가 고려된다. 통과 증기 발생기에서, 증발기 가열면의 증발기 배관의 가열은 1회 패스(single pass)로 유동 매체를 증발시킨다.
폐열 증기 발생기를 시동시킬 때, 이른바 물 방출이 발생할 수 있다. 이는, 시동 이후 시작되는 증발기 배관의 가열의 결과로서 발생하는, 상기 배관 내에 존재하는 유동 매체의 증발이 최초로 일어날 때 발생한다. 이것이 예를 들어 각각의 증발기 배관의 중심에서 일어나는 경우, 하류에 존재하는 물의 양["워터 플러그(water plug)"라고도 칭함]이 각각의 증발기 배관 밖으로 밀려난다. 증발되지 않은 유동 매체가 증발기 배관으로부터 하류 과열기 가열면으로 가는 가능성을 확실하게 배제하기 위해서, 통상적으로 증발기 가열면과 하류 과열기 가열면 사이에 물 분리기가 제공된다. 상기 물 분리기에서, 분리된 물은 그 후 팽창 장치에 공급된다. 상압 팽창 장치에서의 팽창 동안 형성된 증기는 통상적으로 주변으로 배출되고, 이는 폐열 보일러의 시동 동안 물 손실에 상당히 기여한다. 상압 팽창기에서의 팽창 동안 축적되는 물은 물/증기 회로에 다시 공급될 수 있다. 상압 팽창기 안으로 안내되는 물은 폐열 증기 발생기의 시동 동안 에너지 손실을 증가시킨다.
시동 동안의 이러한 물 방출이 현재 최대 가능 범위로 회피되는 경우, 자명한 해결책은 하류 증발기 가열면 안으로 유동하는 급수 양을 규제할 수 있도록 예열기 가열면의 하류에 배치되는 밸브를 포함할 것이다. 그러나, 이 경우 예열기 시스템은 더 높은 펌프 압력에 대해 설계되어야 하며, 이는 추가적인 비용을 초래한다.
본 발명의 목적은 시동 동안의 상술한 단점을 극복하는 폐열 증기 발생기를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1의 특징부를 갖는 폐열 증기 발생기에 의해 달성된다.
배기 가스 채널 외부에, 그리고 급수 측으로 적어도 하나의 예열기 가열면과 적어도 하나의 증발기 가열면 사이에, 적어도 하나의 예열기 가열면의 완전한 충전 후에, 급수가, 초과 배관 길이 시스템의 수직관에서, 범람부(overflow)에 도달하고 따라서 하강 배관을 통해 적어도 하나의 증발기 가열면 안으로 통과하도록 설계되는 초과 배관 길이 시스템이 배치된다는 사실로 인해, 완전 충전 예열기 가열면(들)에도 불구하고, 적어도 하나의 증발기 가열면에서 수위가 원하는 바에 따라 설정될 수 있다. 공지의 해결책과 대조적으로, 예열기 가열면들의 하류에 밸브가 제공되지 않기 때문에, 이들 압력 부품들은 폐열 증기 발생기의 증기 측의 더 낮은 설계 압력에 대해 설계될 수 있다.
전반적으로, 본 발명에 따른 구성은 따라서 폐열 증기 발생기의 시동 동안 물 손실을 상당히 감소시키고 따라서 에너지 손실이 더 낮아진다. 부가적으로, 공지의 해결책과 비교하여, 본 발명에 따른 폐열 증기 발생기를 위한 비용이 상당히 낮아진다. 또한, 본 발명에 따른 초과 배관 길이 시스템을 갖는 폐열 증기 발생기의 설계 및 구성의 결과로서, 적어도 하나의 예열기 가열면을 포함하는 절약기 시스템(economizer system)이 항상 완전히 충전되며, 그래서 하류 물 분리기가 더 낮은 위치에 현수될 수 있다. 이는 이 영역에서 더 짧은 배관 선로를 가져오며 따라서 추가적인 비용 절약을 가져온다.
바람직하게는, 적어도 하나의 증발기 가열면과 상압 팽창 장치 사이에는, 적어도 하나의 증발기 가열면을 탈수하기 위한 적어도 하나의 탈수 밸브를 갖는 탈수 선로가 제공되며, 그리고/또는 초과 배관 길이 시스템의 범람부와 물 분리기의 증기 배출 선로 사이에는 배출 밸브를 갖는 배출 선로가 제공된다. 이런 보조 선로에 배치되는 밸브는, 시스템 압력과 독립적으로, 각각의 시동 상태 전에 적어도 하나의 증발기 가열면에서의 급수의 수위를 조정하기 위해 사용될 수 있다.
증발기 가열면에서의 수위를 측정하기 위해서, 적절한 수위 측정 수단이 설치되어야 한다. 이런 목적을 위해, 적어도 하나의 증발기 가열면에 대해 병렬적으로, 적어도 하나의 증발기 가열면의 급수의 수위를 측정하기 위한 압력 측정 장치와 측정 선로가 제공되는 것이 바람직하다.
이제 이하의 도면에 기초하여 예로서 본 발명을 설명할 것이다.
도 1은 폐열 증기 발생기의 공지된 구성을 도해적으로 도시한다.
도 2는 폐열 증기 발생기를 위한 향상된 해결책의 공지된 구성을 도해적으로 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 폐열 증기 발생기의 설계 및 구성을 도해적으로 도시한다.
도 1은 현재 공지되어 있는 수직 설계의 폐열 증기 발생기의 기본적인 구성을 매우 도해적으로 도시한다. 가스 터빈(더 상세하게 도시하지 않음)으로부터의 배출 가스가 폐열 증기 발생기의 배기 가스 채널(10)을 통해 저부로부터 상부로 유동한다. 배기 가스 채널(10) 내부에는, 증기 터빈의 급수/증기 회로로부터의 유동 매체가 통과 유동하는 다수의 가열면(11 및 12)이 수직 방향으로 배치된다. 여기서, 열이 배기 가스로부터 유동 매체로 전달되고 따라서 증기 터빈에서 추가적인 에너지 변환을 위해 사용될 수 있으므로, 가스 및 증기 터빈 플랜트에 대해 전체적으로 더 높은 효율이 된다.
배기 가스 측에서, 예열기 가열면(11)이 원칙적으로 적어도 하나의 증발기 가열면(12) 및 추가적인 과열기 가열면(도시되지 않음)의 하류에 배치되도록, 다양한 가열면이 배기 가스 채널(10)에 배치된다. 그러나, 현재 공지된 구성은 가열면 구성을 부분적으로 통합하고 있는 상당히 더 복잡한 구조를 갖는다. 유동 매체 측에서, 예열기 가열면(11)은, 반대로, 실제 증발기 가열면(12)의 하류에 배치되므로, 예열기 가열면(11) 안으로 유동하는 차가운 급수(13)가, 배기 가스 채널(10)의 더 차가운 부분에서 적당히 가열되며, 직후에 그 내부에 배치된 증발기 가열면(12)에서 배기 가스 채널(10)의 더 뜨거운 부분에서 증발된다.
가열면(11 및 12) 각각은 서로 옆에 배치된 복수의 배관으로 구성되고, 이 배관은 가열면(11 및 12)의 입력부 및 출력부의 각각의 도해적으로 나타낸 수집기를 통해 서로에게 연결되므로, 가열면의 각각의 배관 조립체를 통한 통과 흐름 유동 매체의 균등화가 발생한다. 도 1에 도시된 구성에서는, 배기 가스 채널(10)에, 대응하는 수집기 및 연결 선로(16)를 통해 서로에게 연결되는 3개의 예열기 가열면(11)이 배치된다. 마지막 예열기 가열면을 나오는 유동 매체는 그 후 추가적인 연결 선로(15)를 통해 증발기 가열면(12) 안으로 안내된다. 여기 도시된 단일 증발기 가열면(12)의 출구에는, 추가적인 수집기 및 추가적인 연결 선로(14)를 통해 물 분리기(20)가 연결된다. 따라서, 폐열 증기 발생기의 시동 동안 증발기 가열면(12)으로부터 방출된 증발되지 않은 유동 매체가 증발된 유동 매체와 함께 물 분리기(20) 안으로 도입되며, 여기서 증발되지 않은 유동 매체가 분리된다. 증발된 유동 매체는 증기 선로(21)를 통해 예를 들어 추가적인 과열기 가열면에 공급될 수 있으며, 증발되지 않은 유동 매체는 배수 밸브(25) 및 상압 팽창 장치(30)를 통해, 부분적으로 재차 급수로서 급수/증기 회로에 공급될 수 있다.
모든 가열면(11 및 12)이 시동 전에 완전히 충전되어야 하는 도 1에 도시된 구성과 달리, 도 2는 증발기 가열면(12) 안으로의 급수의 유입이 조절될 수 있는 구성을 도시한다. 이 목적을 위해, 마지막 예열기 가열면과 증발기 가열면(12) 사이에서 연결 선로(15)에 밸브(17)가 그리고 또한 증발기 가열면(12)과 상압 팽창 장치(30) 사이에 밸브(24)를 갖는 탈수 선로(23)가 제공된다. 또한, 증발기 가열면(12)에 대해 병렬적으로, 증발기 가열면(12)의 급수의 수위를 측정하기 위한 측정 선로(18) 및 압력 측정 장치(19)가 제공된다. 밸브(17 및 24)에 의해 조절가능한 증발기 가열면(12)의 이런 (부분적인) 충전은 시동 동안의 증발기 가열면(12)으로부터의 물 방출이 감소될 수 있게 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 배기 가스 채널(10) 외부 및 급수 측으로 증발기 가열면(12)과 예열기 가열면(11) 중 마지막 것의 사이에, 예열기 가열면(11)의 완전한 충전 후에, 급수가 초과 배관 길이 시스템의 수직관(15')에서 범람부(15''')에 도달하고 따라서 하강 배관(15'')을 통해 증발기 가열면(12) 안으로 가도록 설계되는 초과 배관 길이 시스템이 배치되는 경우, 상당한 향상이 달성될 수 있다. 도 2에 도시된 구성과 달리, 급수는 여기서 예열기 가열면(11)의 추가적인 가압 없이 조절된 방식으로 하류 증발기 가열면(12) 안으로 도입될 수 있다. 따라서, 가스 및 증기 터빈 플랜트의 시동 전에, 증발기 가열면(12)은 최소 물 방출과 최적화된 시동 시간 사이의 최적화가 달성될 수 있는 정도로 부분적으로 충전될 수 있다.
증발기 가열면(12)의 탈수를 위한 탈수 밸브(24' 및 25) 및/또는 배출 밸브(26)를 갖는 배출 선로(27)와 같은 추가적인 수단은 증발기 가열면(12)의 급수의 수위가 각각의 시동 상태 전에 시스템 압력에 관계없이 조정될 수 있게 한다. 조절을 위한 증발기 가열면(12)의 수위를 측정하기 위해서, 적절한 수위 측정 수단이 추가적으로 설치된다. 이런 목적을 위해, 또한 도 2에서와 같이, 적어도 하나의 증발기 가열면(12)에 대해 병렬적으로, 적어도 하나의 증발기 가열면(12)의 급수의 수위를 측정하기 위한 압력 측정 장치(19)와 측정 선로(18)가 제공되는 것이 바람직하다. 물 분리기(20')로부터 증기를 배출하기 위해 증기 선로(21)에 연결되며, 대기에는 직접 연결되지 않는 배출 선로에 의해, 초과 배관 길이부의 배출은 증발기 가열면에서의 어떠한 상당한 압력 강하도 없이 이루어질 수 있다. 밸브(24')가 밸브(25)의 상류에 통합되므로, 밸브(24')는 간단한 "개방/폐쇄" 밸브로서 설계될 수 있으며, 증발기 가열면(12)의 탈수의 실제 조절은 밸브(25)에 의해 이루어진다.

Claims (4)

  1. 폐열 증기 발생기로서,
    - 적어도 하나의 증발기 가열면(12) 및 적어도 하나의 예열기 가열면(11)이 배치되는 배기 가스 채널(10)로서, 적어도 하나의 증발기 가열면(12) 및 적어도 하나의 예열기 가열면(11)은, 급수 측으로 적어도 하나의 예열기 가열면(11)이 적어도 하나의 증발기 가열면(12)의 상류에 배치되도록 서로에 대해 연결되는, 배기 가스 채널(10), 및
    - 급수 측으로 적어도 하나의 증발기 가열면(12)의 하류에 배치되는 물 분리기(20, 20')를 포함하는 폐열 증기 발생기에 있어서,
    배기 가스 채널(10)의 외부에, 그리고 급수 측으로 적어도 하나의 증발기 가열면(12)과 적어도 하나의 예열기 가열면(11) 사이에는, 적어도 하나의 예열기 가열면(11)의 완전한 충전 후에, 급수가, 초과 배관 길이 시스템의 수직관(15')에서, 범람부(15''')에 도달하고 따라서 하강 배관(15'')을 통해 적어도 하나의 증발기 가열면(12) 안으로 가도록 설계되는 초과 배관 길이 시스템이 배치되고,
    적어도 하나의 증발기 가열면(12)과 상압 팽창 장치(30) 사이에는, 적어도 하나의 증발기 가열면(12)을 탈수하기 위한 적어도 하나의 탈수 밸브(24', 24, 25)를 갖는 탈수 선로(23)가 제공되는 것을 특징으로 하는 폐열 증기 발생기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    초과 배관 길이 시스템의 범람부(15''')와 물 분리기(20, 20')의 증기 배출 선로(21) 사이에는, 배출 밸브(26)를 갖는 배출 선로(27)가 제공되는 것을 특징으로 하는 폐열 증기 발생기.
  4. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 증발기 가열면(12)에 대해 병렬적으로, 적어도 하나의 증발기 가열면(12)의 급수의 수위를 측정하기 위한 측정 선로(18) 및 압력 측정 장치(19)가 제공되는 것을 특징으로 하는 폐열 증기 발생기.
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