KR102164816B1 - Power plant systems for enhancement of efficiency and reduction of heat rate - Google Patents
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Abstract
효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템이 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템은 고압터빈, 중압터빈 및 두 개의 저압터빈을 포함하고 발전기와 연결되는 터빈유닛; 상기 저압터빈에서 배출되는 증기를 복수기에서 응축하고, 응축된 복수를 공급하는 복수펌프유닛; 상기 터빈유닛으로부터 추기된 증기를 통해 상기 복수펌프유닛으로부터 공급된 급수를 가열하는 복수 개의 급수가열기; 상기 급수가열기로부터 공급된 급수를 가열하여 고온의 과열증기를 발생시킨 후 상기 과열증기를 상기 고압터빈으로 공급하는 보일러; 상기 고압터빈으로부터 배출된 증기를 재열하여 상기 중압터빈으로 공급하는 재열기; 및 상기 보일러로부터 상기 고압터빈으로 공급되는 주증기의 압력 및 온도를 높여주기 위한 열소비율 저감부;를 포함하고, 상기 열소비율 저감부는 상기 복수 개의 급수가열기 중 상기 보일러와 가장 가까운 급수가열기 및 보일러 사이에 배치되는 추가급수가열기이고, 상기 추가급수가열기는 상기 고압터빈의 입구 측에서 추기된 고온고압의 증기를 이용하여 상기 가장 가까운 급수가열기로부터 공급된 급수를 가열한 후 상기 보일러 측으로 공급한다.A power generation system is provided for improving efficiency and reducing heat consumption. A power generation system for improving efficiency and reducing heat consumption according to an exemplary embodiment of the present invention includes a high-pressure turbine, a medium-pressure turbine, and two low-pressure turbines, and includes a turbine unit connected to a generator; A plurality of pump units for condensing the steam discharged from the low-pressure turbine in a condenser and supplying the condensed condensate; A plurality of feed water heaters for heating the feed water supplied from the plurality of pump units through steam extracted from the turbine unit; A boiler for heating the feed water supplied from the feed water heater to generate high-temperature superheated steam and then supplying the superheated steam to the high-pressure turbine; A reheater for reheating steam discharged from the high-pressure turbine and supplying it to the medium-pressure turbine; And a heat consumption rate reducing unit for increasing the pressure and temperature of the main steam supplied from the boiler to the high-pressure turbine, wherein the heat consumption rate reducing unit is a feed water heater closest to the boiler among the plurality of feed water heaters, and It is an additional feed water heater disposed between the boilers, and the additional feed water heater heats the feed water supplied from the nearest feed water heater using the high-temperature and high pressure steam extracted from the inlet side of the high-pressure turbine, and then goes to the boiler side. Supply.
Description
본 발명은 재열 및 재생 랭킨 사이클로 작동되는 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발전 동력변환계통의 효율향상 및 열소비율을 절감할 수 있는 발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a power generation system operated by a reheating and regeneration Rankine cycle, and more particularly, to a power generation system capable of improving the efficiency of a power generation power conversion system and reducing heat consumption.
발전소는 동력변환계통을 통해 전력이 생산된다. 즉, 동력변환계통은 연료(우라늄, 석탄, 석유, 가스 등)의 연소를 통해 얻어진 열에너지를 터빈을 통하여 기계적에너지로 바꾼 후 발전기를 통해 전기에너지로 변환시킨다.Power plants generate electricity through the power conversion system. That is, the power conversion system converts thermal energy obtained through combustion of fuels (uranium, coal, oil, gas, etc.) into mechanical energy through a turbine and then into electrical energy through a generator.
이러한 동력변환계통은 기본적으로 재열 및 재생 랭킨 사이클로 작동되며, 보일러-터빈, 발전기-복수기-가열기-펌프 등의 기기들로 구성되며, 열소비율의 값이 작을수록 사이클의 열효율이 좋다.This power conversion system is basically operated by reheating and regenerative Rankine cycle, and is composed of devices such as boiler-turbine, generator-pluralizer-heater-pump, and the like, and the smaller the value of heat consumption, the better the thermal efficiency of the cycle.
그런데, 사이클의 열효율은 사이클의 구성, 추기 증기의 온도나 유량, 주증기의 온도 및 압력, 재열증기의 온도 등과 같은 요인에 의해 변화된다.By the way, the thermal efficiency of the cycle is changed by factors such as the configuration of the cycle, the temperature or flow rate of the bleed steam, the temperature and pressure of the main steam, and the temperature of the reheated steam.
특히, 최근에는 고온용 재료가 개발됨에 따라 증기의 고온화가 진행되고 있다. 즉, 대용량급(500MWe급이상) 화력발전소는 주증기의 조건(예)이 566℃의 온도와 247kg/cm2의 압력이고 재열증기조건이 593℃ 정도인 USC(Ultra-Super Critical) Plant Type에서 주증기의 조건(예)이 700℃의 온도와 350kg/cm2의 압력이고 재열증기조건(예)이 730℃ 정도인 A-USC(Advanced Ultra-Super Critical) Plant Type으로 상향되고 있다.In particular, in recent years, as high-temperature materials have been developed, high-temperature steam is in progress. That is, the mass class (500MWe or above) thermal power plant is the main steam of the condition (for example) the temperature and pressure of 247kg / cm 2 in 566 ℃ a reheat steam condition in the degree of USC (Ultra-Super Critical) Plant Type 593 ℃ Main steam conditions (example) are being upgraded to A-USC (Advanced Ultra-Super Critical) Plant Type, where the temperature of 700℃ and pressure of 350kg/cm 2 and reheat steam conditions (example) are about 730℃.
상기 증기 조건에 따른 USC Type 대비 A-USC Type 발전소(800MWe급예)의 전기출력 및 열소비율은 도 1과 같다. 그러나 화력발전소를 A-USC Plant Type으로 상향하는 경우, 필요시 고온용 내열재료를 사용하여 관련설비를 구축하여야 하므로 비용이 증가하는 문제는 있다.The electrical output and heat consumption ratio of the A-USC type power plant (800 MWe class example) compared to the USC type according to the steam conditions are as shown in FIG. 1. However, when the thermal power plant is upgraded to the A-USC Plant Type, there is a problem that the cost increases because related facilities must be constructed using high-temperature heat-resistant materials if necessary.
대용량급 화력발전소는 효율을 상향할 수 있는 A-USC Plant Type으로 건설하는 추세이며, 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 방안이 요구되고 있다.Large-capacity thermal power plants are being constructed as an A-USC plant type that can increase efficiency, and a plan to further improve efficiency is required.
본 발명은 재생 및 재열 랭킨 사이클을 구성하는 일부 기기의 배치를 개선함으로써 전체 사이클의 열효율을 향상시키고 열소비율을 절감할 수 있는 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a power generation system for improving efficiency and reducing heat consumption that can improve the thermal efficiency of the entire cycle and reduce the heat consumption rate by improving the arrangement of some devices constituting the regeneration and reheat Rankine cycle.
본 발명의 일 측면에 따르면, 고압터빈, 중압터빈 및 두 개의 저압터빈을 포함하고 발전기와 연결되는 터빈유닛; 상기 저압터빈에서 배출되는 증기를 복수기에서 응축하고, 응축된 복수를 공급하는 복수펌프유닛; 상기 터빈유닛으로부터 추기된 증기를 통해 상기 복수펌프유닛으로부터 공급된 급수를 가열하는 복수 개의 급수가열기; 상기 급수가열기로부터 공급된 급수를 가열하여 고온의 과열증기를 발생시킨 후 상기 과열증기를 상기 고압터빈으로 공급하는 보일러; 상기 고압터빈으로부터 배출된 증기를 재열하여 상기 중압터빈으로 공급하는 재열기; 및 상기 보일러로부터 상기 고압터빈으로 공급되는 주증기의 압력 및 온도를 높여주기 위한 열소비율 저감부;를 포함하고, 상기 열소비율 저감부는 상기 복수 개의 급수가열기 중 상기 보일러와 가장 가까운 급수가열기 및 보일러 사이에 배치되는 추가급수가열기이고, 상기 추가급수가열기는 상기 고압터빈의 입구 측에서 추기된 고온고압의 증기를 이용하여 상기 가장 가까운 급수가열기로부터 공급된 급수를 가열한 후 상기 보일러 측으로 공급하는 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템을 제공한다.According to an aspect of the present invention, a turbine unit including a high-pressure turbine, a medium-pressure turbine and two low-pressure turbines and connected to a generator; A plurality of pump units for condensing the steam discharged from the low-pressure turbine in a condenser and supplying the condensed condensate; A plurality of feed water heaters for heating the feed water supplied from the plurality of pump units through steam extracted from the turbine unit; A boiler for heating the feed water supplied from the feed water heater to generate high-temperature superheated steam and then supplying the superheated steam to the high-pressure turbine; A reheater for reheating steam discharged from the high-pressure turbine and supplying it to the medium-pressure turbine; And a heat consumption rate reducing unit for increasing the pressure and temperature of the main steam supplied from the boiler to the high-pressure turbine, wherein the heat consumption rate reducing unit is a feed water heater closest to the boiler among the plurality of feed water heaters, and It is an additional feed water heater disposed between the boilers, and the additional feed water heater heats the feed water supplied from the nearest feed water heater using the high-temperature and high pressure steam extracted from the inlet side of the high-pressure turbine, and then goes to the boiler side. Provides a power generation system for improving supply efficiency and reducing heat consumption.
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본 발명의 다른 측면에 따르면, 고압터빈, 제1중압터빈, 제2중압터빈 및 두 개의 저압터빈을 포함하고 발전기와 연결되는 터빈유닛; 상기 저압터빈에서 배출되는 증기를 복수기에서 응축하고, 응축된 복수를 공급하는 복수펌프유닛; 상기 터빈유닛으로부터 추기된 증기를 통해 상기 복수펌프유닛으로부터 공급된 급수를 가열하는 복수 개의 급수가열기; 상기 급수가열기로부터 공급된 급수를 가열하여 고온의 과열증기를 발생시킨 후 상기 과열증기를 상기 고압터빈으로 공급하는 보일러; 상기 고압터빈으로부터 배출된 증기를 재열하여 상기 제1중압터빈으로 공급하는 재열기; 및 상기 보일러로부터 상기 고압터빈으로 공급되는 주증기의 압력 및 온도와 상기 제2중압터빈으로 공급되는 재열증기의 온도를 모두 높여주기 위한 열소비율 저감부;를 포함하고, 상기 제1중압터빈은 상기 재열기로부터 재열된 증기를 공급받는 중압터빈이며, 상기 열소비율 저감부는, 상기 복수 개의 급수가열기 중 상기 보일러와 가장 가까운 급수가열기 및 보일러 사이에 배치되는 추가급수가열기와, 상기 제1중압터빈에서 배출되는 증기를 재열하여 재열된 재열증기를 상기 제2중압터빈으로 공급하는 추가재열기를 포함하고, 상기 추가급수가열기는 상기 고압터빈의 입구 측에서 추기된 고온 고압의 증기를 이용하여 상기 가장 가까운 급수가열기로부터 공급된 급수를 가열한 후 상기 보일러 측으로 공급하는 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템을 제공한다.According to another aspect of the present invention, a turbine unit comprising a high pressure turbine, a first medium pressure turbine, a second medium pressure turbine and two low pressure turbines and connected to a generator; A plurality of pump units for condensing the steam discharged from the low-pressure turbine in a condenser and supplying the condensed condensate; A plurality of feed water heaters for heating the feed water supplied from the plurality of pump units through steam extracted from the turbine unit; A boiler for heating the feed water supplied from the feed water heater to generate high-temperature superheated steam and then supplying the superheated steam to the high-pressure turbine; A reheater for reheating steam discharged from the high-pressure turbine and supplying it to the first medium-pressure turbine; And a heat consumption rate reducing unit for increasing both the pressure and temperature of the main steam supplied from the boiler to the high-pressure turbine and the temperature of the reheat steam supplied to the second medium-pressure turbine, wherein the first medium-pressure turbine comprises the A medium-pressure turbine receiving reheated steam from a reheater, and the heat consumption rate reduction unit includes: an additional feed water heater disposed between the boiler and a feed water heater closest to the boiler among the plurality of feed water heaters, and the first medium pressure An additional reheater for reheating the steam discharged from the turbine and supplying the reheated reheated steam to the second medium pressure turbine, wherein the additional water heater uses high temperature and high pressure steam extracted from the inlet side of the high pressure turbine. It provides a power generation system for improving efficiency and reducing heat consumption by heating water supplied from the nearest water heater and then supplying it to the boiler.
본 실시예에 따르면, 상기 보일러 출구의 증기온도는 700℃ 이상일 수 있고, 상기 추가재열기 출구의 증기온도는 730℃ 이상일 수 있다.According to this embodiment, the steam temperature at the outlet of the boiler may be 700°C or higher, and the steam temperature at the outlet of the additional reheater may be 730°C or higher.
본 실시예에 따르면, 상기 제2중압터빈으로부터 배출된 증기는 상기 저압터빈으로 유입될 수 있다.According to this embodiment, steam discharged from the second medium pressure turbine may be introduced into the low pressure turbine.
본 실시예에 따르면, 상기 복수 개의 급수가열기는 탈기기를 포함하는 혼합식 급수가열기일 수 있다.According to the present embodiment, the plurality of water heaters may be a mixed water heater including a deaerator.
본 발명에 의하면, 재생 및 재열 랭킨 사이클을 구성하는 중압터빈, 급수가열기 및 재열기 중 적어도 어느 하나를 추가로 배치함으로써 전체 사이클의 열효율을 향상시키고 열소비율을 절감할 수 있다.According to the present invention, by additionally disposing at least one of a medium pressure turbine, a water heater, and a reheater constituting the regeneration and reheat Rankine cycle, it is possible to improve the thermal efficiency of the entire cycle and reduce the heat consumption rate.
도 1은 일반적인 USC Type 발전소와 A-USC Type 발전소의 전기출력 및 열소비율을 비교한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템을 나타낸 도면이다.
도 5는 일반적인 대용량급 발전 시스템과 본 발명에 따른 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템의 출력 및 열소비율을 나타낸 그래프이다.1 is a graph comparing electrical output and heat consumption rates of a general USC type power plant and an A-USC type power plant.
2 is a view showing a power generation system for improving efficiency and reducing heat consumption according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing a power generation system for improving efficiency and reducing heat consumption according to another embodiment of the present invention.
4 is a view showing a power generation system for improving efficiency and reducing heat consumption according to another embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the output and heat consumption of a general large-capacity power generation system and a power generation system for improving efficiency and reducing heat consumption according to the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention. The present invention may be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts not related to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and the same reference numerals are added to the same or similar components throughout the specification.
본 발명의 일 실시예에 따른 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템(100,200,300)은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 터빈유닛(110), 복수펌프유닛(131,132), 복수 개의 급수가열기(141-147), 보일러(160), 재열기(170) 및 열소비율 저감부(180,280,380)를 포함한다.The power generation system (100, 200, 300) for improving efficiency and reducing heat consumption according to an embodiment of the present invention includes a turbine unit 110, a plurality of
상기 터빈유닛(110)은 고압의 증기가 유입되는 고압터빈(111), 중압의 증기가 유입되는 중압터빈(112) 및 저압의 증기가 유입되는 저압터빈(113a,113b)을 포함할 수 있다.The turbine unit 110 may include a high-
여기서, 상기 중압터빈(112)은 적어도 하나 이상일 수 있으며, 상기 저압터빈(113a,113b)은 복수 개, 일례로 두 개일 수 있다.Here, the
이와 같은 터빈유닛(110)은 고압터빈(111), 중압터빈(112) 및 저압터빈(113a,113b)이 하나의 회전축을 통해 연결되어 구동될 수 있으며, 상기 회전축은 발전기(190)와 연결됨으로써 전력이 생산될 수 있다. 그러나 상기 터빈유닛(110)과 발전기(190)의 연결관계를 이에 한정하는 것은 아니며, 고압터빈(111), 중압터빈(112) 및 저압터빈(113a,113b)은 별개의 회전축을 통해 상기 발전기(190)와 개별적으로 연결될 수도 있다.Such a turbine unit 110 may be driven by connecting the high-
이때, 상기 보일러(160)에서 연료의 연소를 통해 얻어진 고온, 고압의 주증기는 상기 고압터빈(111)으로 유입될 수 있으며, 상기 고압의 주증기는 상기 고압터빈(111)에서 팽창하면서 압력 및 온도가 모두 저하될 수 있다. At this time, the high-temperature, high-pressure main steam obtained through combustion of fuel in the
또한, 상기 고압터빈(111)으로부터 배출된 증기는 재열기(170)를 통해 온도가 상승한 후 상기 중압터빈(112)으로 유입될 수 있다. 이와 같은 재열증기는 상기 중압터빈(112)에서 팽창하면서 압력 및 온도가 모두 저하된 후 상기 저압터빈(113a,113b)으로 이동될 수 있다.In addition, the steam discharged from the high-
더불어, 상기 저압터빈(113a,113b)으로 유입된 증기는 상기 저압터빈(113a,113b)에서 팽창하면서 압력 및 온도가 모두 저하된 후 복수기(120) 측으로 이동할 수 있다.In addition, the steam introduced into the
여기서, 상기 복수기(120)는 저압터빈(113a,113b)에서 배출된 저온, 저압의 포화증기를 응축하여 복수로 복원할 수 있으며, 상기 복수기(120)로 유입된 포화증기는 해수 또는 대기 등을 이용하여 냉각됨으로써 복수로 복원될 수 있다.Here, the
이를 위해, 상기 복수기(120)는 해수 또는 냉각수가 순환하는 순환수시스템(CWS)(122)이 연결될 수 있다.To this end, the
상기 복수펌프유닛(131,132)은 상기 복수기(120)에서 응축된 복수를 상기 복수 개의 급수가열기(141-144) 측으로 공급하거나 상기 복수의 공급압력을 높여 승압된 상태로 상기 복수 개의 급수가열기(141-147) 측으로 제공할 수 있다.The plurality of
이를 위해, 상기 복수펌프유닛(131,132)은 상기 복수기(120) 및 축밀봉증기복수기(124) 사이에 연결되는 복수펌프(131)와, 축밀봉증기복수기(GSC)(124) 및 복수 개의 급수가열기(141-147) 사이에 연결되는 복수승압펌프(132)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 축밀봉증기복수기(124)는 축밀봉증기계통 등의 배기를 냉각 응축하기 위한 것으로, 상기 복수승압펌프(132) 및 복수기(120) 사이에 연결될 수 있다.To this end, the plurality of
상기 복수 개의 급수가열기(141-147)는 상기 복수펌프유닛(131,132)를 통해 상기 보일러(160) 측으로 공급되는 복수를 가열할 수 있으며, 복수 개가 순차적으로 배치되어 상기 보일러(160) 측으로 공급되는 복수의 온도를 순차적으로 승온시킬 수 있다.The plurality of feed water heaters (141-147) may heat a plurality of water supplied to the
이때, 상기 복수 개의 급수가열기(141-147)는 상기 터빈유닛(110)으로부터 추기된 증기를 이용하여 복수를 가열할 수 있다.In this case, the plurality of
이를 위해, 상기 복수 개의 급수가열기(141-147)는 상기 고압터빈(111), 중압터빈(112) 및 저압터빈(113a,113b) 중 적어도 어느 하나와 추기관(149)을 매개로 연결될 수 있으며, 상기 보일러(160) 측으로 이동하는 급수는 상기 추기관(149)을 통해 추기된 증기를 이용하여 가열될 수 있다.To this end, the plurality of feed water heaters (141-147) may be connected to at least one of the high-
일례로, 상기 복수 개의 급수가열기(141-147)는 상기 터빈유닛(110)으로부터 추기된 증기가 직접 급수와 혼합하여 가열하는 혼합식 급수가열기일 수 있으며, 급수에 포함된 공기 등을 탈기시키기 위한 탈기기(148)를 포함할 수 있다.For example, the plurality of feed water heaters (141-147) may be a mixed feed water heater in which steam extracted from the turbine unit 110 is directly mixed with feed water and heated, and degassing the air contained in the feed water. It may include a deaerator (148) for making.
구체적인 일례로써, 상기 복수 개의 급수가열기(141-147)는 총 7개일 수 있다. 이와 같은 경우, 상기 복수 개의 급수가열기(141-147)는 상기 탈기기(148)를 기준으로 전단에 배치되는 4개의 급수가열기(141-144)가 추기관(149)을 매개로 각각 상기 저압터빈(113a,113b)과 연결될 수 있고, 상기 탈기기(148)를 기준으로 후단에 배치되는 3개의 급수가열기(145-147)가 추기관(149)을 매개로 상기 중압터빈(112) 및 고압터빈(111)과 연결될 수 있으며, 상기 탈기기(148)를 기준으로 후단에 배치되는 3개의 급수가열기(145-147) 중 1개의 급수가열기(145)는 상기 중압터빈(112)과 추기관(149)을 매개로 연결될 수 있고 나머지 두 개의 급수가열기(146,147)는 상기 고압터빈(111)과 추기관(149)을 매개로 연결될 수 있다.As a specific example, there may be a total of seven
이와 같은 복수 개의 급수가열기(141-147) 중 어느 두 개의 급수가열기(144-147) 사이에는 상기 보일러(160)측으로 고압의 급수를 공급하기 위한 적어도 하나의 급수펌프유닛(151,152)이 설치될 수 있다. 일례로, 상기 급수펌프유닛(151,152)은 급수펌프(151)와 급수승압펌프(152)로 구성될 수 있다. 이와 같은 경우, 상기 급수펌프(151) 및 급수승압펌프(152)는 상기 탈기기(148)의 후단에 연결될 수 있으나 상기 급수펌프(151) 및 급수승압펌프(152)의 위치를 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 복수 개의 급수가열기(141-147) 사이에서 적절한 위치에 배치될 수 있으며, 상기 복수 개의 급수가열기(141-147) 역시 적절한 개수가 사용될 수 있다.At least one feed water pump unit (151, 152) for supplying high-pressure feed water to the
이에 따라, 상기 터빈유닛(110)으로부터 추기된 증기를 이용하여 복수 개의 급수가열기(141-147)에서 가열된 복수 및 급수는 상기 급수펌프유닛(151,152)를 통해 상기 보일러(160) 측으로 공급될 수 있으며, 상기 보일러(160) 측으로 공급된 물은 연료의 연소를 통해 획득된 열에너지를 이용하여 고온, 고압의 주증기로 전환될 수 있다.Accordingly, the plurality of water and water heated by the plurality of water supply heaters 141-147 using the steam extracted from the turbine unit 110 will be supplied to the
그러나 본 발명에 따른 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템(100,200,300)에 적용될 수 있는 복수 개의 급수가열기(141-147)를 표면식 급수가열기로 한정하는 것은 아니며 상기 터빈유닛(110)으로부터 추기된 증기가 열교환을 통해 전열면을 통과한 급수를 가열하는 혼합식 급수가열기가 적용될 수도 있다.However, it is not limited to a plurality of water heaters (141-147) that can be applied to the power generation system (100, 200, 300) for improving efficiency and reducing heat consumption according to the present invention as a surface water heater, and from the turbine unit 110 A mixed feed water heater may be applied in which the extracted steam heats the feed water that has passed through the heat transfer surface through heat exchange.
상기 재열기(170)는 상기 고압터빈(111)에서 팽창된 후 배출되는 저온의 증기를 가열하여 온도를 상승시킨 후 상기 중압터빈(112)으로 공급할 수 있다.The
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템(100,200,300)은 상기 터빈유닛(110)의 추기증기를 이용한 재생 사이클과, 상기 고압터빈(111)에서 배출된 증기를 재열기(170)에서 가열하여 중압터빈(112)으로 공급하는 재열 사이클을 포함하는 변형된 랭킨 사이클을 구성함으로써 열효율을 향상시킬 수 있다.As described above, the power generation system (100, 200, 300) for improving efficiency and reducing heat consumption according to an embodiment of the present invention uses a regeneration cycle using the bleed steam of the turbine unit 110 and the steam discharged from the high-
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템(100,200,300)은 재생 사이클 및 재열 사이클을 포함하는 변형된 랭킨 사이클로 구성되는 경우, 재생 및 재열 사이클을 구성하기 위한 일부 기기의 배치를 개선함으로써 전체 사이클의 열효율을 향상시키고 열소비율을 절감할 수 있다.At this time, when the power generation system (100, 200, 300) for improving efficiency and reducing heat consumption according to an embodiment of the present invention is composed of a modified Rankine cycle including a regeneration cycle and a reheat cycle, some devices for configuring the regeneration and reheat cycle It is possible to improve the thermal efficiency of the entire cycle and reduce the heat consumption rate by improving the arrangement of
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템(100,200,300)은 상기 보일러(160)로부터 상기 터빈유닛(110)으로 공급되는 주증기의 압력 및 온도와 상기 재열기(170)로부터 상기 터빈유닛(110)으로 공급되는 재열증기의 온도 중 적어도 어느 하나를 높여 주기 위한 열소비율 저감부(180,280,380)를 더 포함할 수 있다.To this end, the power generation system (100, 200, 300) for improving efficiency and reducing heat consumption according to an embodiment of the present invention includes the pressure and temperature of the main steam supplied from the
일례로, 본 발명의 일 실시예에 따른 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템(100,200,300)은 재생 및 재열 사이클을 구성하는 중압터빈, 급수가열기 및 재열기 중 적어도 어느 하나를 추가로 포함할 수 있다.As an example, the power generation system (100, 200, 300) for improving efficiency and reducing heat consumption according to an embodiment of the present invention further includes at least one of a medium pressure turbine, a water heater, and a reheater constituting a regeneration and reheat cycle. I can.
이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템(100,200,300)은 상기 보일러(160)의 출구를 통해 상기 고압터빈(111)으로 이동하는 고온, 고압의 주증기는 온도가 700℃ 이상일 수 있고 압력이 350kg/cm2 이상일 수 있다.Through this, the power generation system (100, 200, 300) for improving efficiency and reducing heat consumption according to an embodiment of the present invention is a high-temperature, high-pressure main steam moving to the high-
이로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템(100,200,300)은 대용량급(500MWe급이상) 화력발전소를 구성하는 기존의 설비형식을 개선하면서도 증기의 조건을 A-USC Plant Type과 동등한 수준으로 상향함으로써 전체 사이클의 열효율을 향상시키고 열소비율을 절감할 수 있다.For this reason, the power generation system (100, 200, 300) for efficiency improvement and heat consumption reduction according to an embodiment of the present invention improves the existing facility type constituting a large-capacity class (500 MWe class or higher) thermal power plant while improving the steam condition A- By raising it to the same level as the USC Plant Type, it is possible to improve the thermal efficiency of the entire cycle and reduce the heat consumption rate.
일례로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템(100)은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 복수 개의 급수가열기(141-147) 중 상기 보일러(160)와 가장 가까운 급수가열기(147)의 후단, 즉 보일러(160)의 전단 측에 상기 열소비율 저감부(180)로서 기능하는 추가급수가열기(181)가 배치될 수 있다.As an example, the
이와 같은 추가급수가열기(181)는 상기 터빈유닛(110) 중 상기 고압터빈(111)과 추가추기관(184)을 매개로 연결될 수 있으며, 상기 고압터빈(111)과 추가급수가열기(181)를 연결하는 추가추기관(184)의 추기위치는 상기 고압터빈(111)의 입구측일 수 있다.Such an
이를 통해, 상기 보일러(160)로부터 상기 고압터빈(111)으로 공급된 고온 고압의 주증기 중 일부는 상기 고압터빈(111) 내에서 팽창하지 않고 상기 추가추기관(184)을 통해 곧바로 상기 추가급수가열기(181) 측으로 이동할 수 있다. Through this, some of the high-temperature and high-pressure main steam supplied from the
이에 따라, 상기 추가추기관(184)을 통과하는 급수는 상기 고압터빈(111)으로부터 공급된 고온 고압 상태의 증기를 통해 가열될 수 있음으로써 종래에 비하여 더욱 높은 온도로 승온된 후 상기 보일러(160) 측으로 공급될 수 있다.Accordingly, the water supply passing through the
이로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템(100)은 상기 보일러(160)로 공급되는 급수의 온도 및 압력을 높이므로 상기 보일러(160)에 공급되는 연소용 연료를 절감할 수 있거나 상기 보일러(160)에서 배출되는 주증기의 온도 및 압력이 더욱 높아진 상태로 상기 고압터빈(111)으로 공급될 수 있음으로써 전체 사이클의 열효율을 향상시키고 열소비율을 절감할 수 있다.For this reason, the
다른 예로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템(200)은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 중압터빈(112)이 제1중압터빈(112)과 제2중압터빈(182)을 포함할 수 있으며, 상기 제1중압터빈(112)은 상기 재열기(170)로부터 재열된 증기를 공급받는 기존의 중압터빈일 수 있다.As another example, in the
이와 같은 경우, 상기 열소비율 저감부(280)는 상기 제1중압터빈(112)에서 배출되는 증기를 재열하는 추가재열기(183) 및 상기 추가재열기(183)에서 재열된 재열증기가 유입되는 제2중압터빈(182)을 포함할 수 있다.In this case, the heat consumption rate reduction unit 280 is an
여기서, 상기 추가재열기(183)를 통해 상기 제2중압터빈(182)으로 공급된 증기는 상기 제2중압터빈(182)에서 팽창하면서 온도 및 압력이 저하된 후 상기 저압터빈(113a,113b)으로 공급될 수 있다. 더불어, 상기 추가재열기(183)를 통해 상기 제2중압터빈(182)으로 공급되는 재열증기의 온도는 730℃ 이상일 수 있다.Here, the steam supplied to the second
이를 통해, 본 실시예에서는 상기 제1중압터빈(112)에서 배출된 증기를 곧바로 저압터빈(113a,113b)으로 공급하지 않고 우회경로를 통하여 추가재열기(183)에서 재열한 후 상기 제2중압터빈(182)에서 추가로 전력을 생산할 수 있다.Through this, in the present embodiment, the steam discharged from the first
이에 따라, 상기 제2중압터빈(182)으로 유입된 증기는 상기 중압터빈(112)에서 곧바로 상기 저압터빈(113a,113b)으로 공급되는 증기보다 상대적으로 고온 고압 상태에서 상기 제2중압터빈(182)을 통하여 전력이 생산될 수 있음으로써 전체 사이클의 열효율을 향상시키고 열소비율을 절감할 수 있다.Accordingly, the steam introduced into the second
또 다른 예로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템(300)은 도 4에 도시된 바와 같이 상술한 도 2 및 도 3의 실시예가 조합된 형태일 수 있다.As another example, the
구체적으로, 상기 열소비율 저감부(380)는 추가급수가열기(181), 제2중압터빈(182) 및 추가재열기(183)를 포함할 수 있다. Specifically, the heat consumption rate reduction unit 380 may include an
이를 위해, 상기 추가급수가열기(181)는 상기 복수 개의 급수가열기(141-147) 중 상기 보일러(160)와 가장 가까운 급수가열기(147)의 후단, 즉 보일러(160)의 전단 측에 배치될 수 있다. 또한, 상기 중압터빈(112)은 제1중압터빈(112)과 제2중압터빈(182)을 포함할 수 있으며, 상기 제1중압터빈(112)은 상기 재열기(170)로부터 재열된 증기를 공급받는 기존의 중압터빈일 수 있다.To this end, the additional
이와 같은 경우, 상기 열소비율 저감부(380)는 추기위치가 상기 고압터빈(111)의 입구측인 추가추기관(184)을 매개로 연결되는 추가급수가열기(181)와, 상기 제1중압터빈(112)에서 배출되는 증기를 재열하는 추가재열기(183) 및 상기 추가재열기(183)에서 재열된 재열증기가 유입되는 제2중압터빈(182)일 수 있다.In this case, the heat consumption rate reduction unit 380 includes an
이를 통해, 상기 보일러(160)로부터 상기 고압터빈(111)으로 공급된 고온 고압의 주증기 중 일부는 상기 고압터빈(111)내에서 팽창 초기 부분에서 상기 추가추기관(184)을 통해 곧바로 상기 추가급수가열기(181) 측으로 이동할 수 있다. Through this, some of the high-temperature and high-pressure main steam supplied from the
또한, 상기 제1중압터빈(112)에서 배출된 증기는 곧바로 저압터빈(113a,113b)으로 이동하지 않고 우회경로를 통하여 추가재열기(183)에서 재열된 후 상기 제2중압터빈(182)에서 추가로 전력을 생산할 수 있으며, 그런 다음 상기 저압터빈(113a,113b) 측으로 공급될 수 있다.In addition, the steam discharged from the first
이에 따라, 상기 추가추기관(184)을 통과하는 급수가 상기 고압터빈(111)으로부터 공급된 고온 고압 상태의 추기 증기를 통해 가열될 수 있음으로써 종래에 비하여 더욱 높은 온도로 승온된 후 상기 보일러(160) 측으로 공급될 수 있다.Accordingly, the water supply passing through the
더불어, 상기 제2중압터빈(182)으로 유입된 증기는 상기 중압터빈(112)에서 곧바로 상기 저압터빈(113a,113b)으로 공급되는 증기보다 상대적으로 고온 고압 상태에서 상기 제2중압터빈(182)을 통하여 전력이 추가로 생산될 수 있다.In addition, the steam introduced into the second
이로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템(300)은 상기 보일러(160)로 공급되는 급수의 온도 및 압력을 높이므로 상기 보일러(160)에 공급되는 연소용 연료를 절감할 수 있거나 상기 보일러(160)에서 배출되는 주증기의 온도 및 압력이 더욱 높은 상태로 상기 고압터빈(111)으로 공급될 수 있으며, 상기 추가재열기(183)를 통해 상기 제2중압터빈(182)으로 공급된 증기는 상기 제2중압터빈(182)에서 팽창하면서 전력을 추가로 생산한 후 상기 저압터빈(113a,113b)으로 공급될 수 있음으로써 전체 사이클의 열효율을 향상시키고 열소비율을 절감할 수 있다.Accordingly, the
이와 같은 경우, 상기 보일러(160)의 출구를 통해 상기 고압터빈(111)으로 이동하는 고온 고압의 주증기는 온도가 700℃ 이상일 수 있고 압력이 350kg/cm2 이상일 수 있으며, 상기 추가재열기(183)를 통해 상기 제2중압터빈(182)으로 공급되는 재열증기의 온도는 730℃ 이상일 수 있다.In this case, the high-temperature and high-pressure main steam moving to the high-
이로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템(300)은 대용량급(500MWe급이상) 화력발전소를 구성하는 기존의 설비형식을 개선하면서도 증기의 조건을 A-USC Plant Type과 동등한 수준으로 상향함으로써 전체 사이클의 열효율을 향상시키고 열소비율을 절감할 수 있다.For this reason, the
이는, 하기 표 1 및 도 5를 통해 확인할 수 있다.This can be confirmed through Table 1 and FIG. 5 below.
표 1의 비교예는 대용량(800MWe급예) 발전소에 대한 예로서, 상술한 열소비율 저감부(180,280,380)를 포함하지 않는 일반적인 재생 재열 랭킨 사이클을 이용한 발전 시스템에서의 출력 및 열소비율이며, 실시예 1은 상기 열소비율 저감부(180)로서 추가급수가열기(181)가 포함된 본 발명의 일 실시예에 따른 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템(100)의 출력 및 열소비율이며, 실시예 2는 상기 열소비율 저감부(280)로서 제2중압터빈(182) 및 추가재열기(183)가 포함된 발명의 일 실시예에 따른 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템(200)의 출력 및 열소비율이며, 실시예 3은 상기 열소비율 저감부(380)로서 추가급수가열기(181), 제2중압터빈(182) 및 추가재열기(183)가 포함된 발명의 일 실시예에 따른 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템(300)의 출력 및 열소비율이다.The comparative example in Table 1 is an example for a large-capacity (800 MWe class) power plant, and is an output and heat consumption rate in a power generation system using a general regenerative reheat Rankine cycle that does not include the above-described heat consumption rate reduction unit (180,280,380), Is the output and heat consumption rate of the
비교예 및 실시예 1~3에서 보일러 출구에서의 주증기의 조건과 재열기에서의 재열증기의 조건을 A-USC Plant Type과 동등한 수준으로 모두 동일하게 설정하였다.In Comparative Examples and Examples 1 to 3, the condition of the main steam at the boiler outlet and the condition of the reheated steam at the reheater were set to the same level as the A-USC Plant Type.
(MWe)Power Output
(MWe)
위의 표 1 및 도 5에서 확인할 수 있듯이, 보일러 출구에서의 주증기의 조건과 재열기에서의 재열증기의 조건이 A-USC Plant Type인 경우, 실시예 1~3는 단순히 주증기 조건 및 재열증기의 조건을 A-USC Plant Type인 비교예와 비교할 때 800MWe 이상의 출력을 만족하면서도 열소비율이 각각 0.66%, 1.81%, 2.24% 더욱 저감됨을 확인할 수 있다. As can be seen in Tables 1 and 5 above, when the condition of the main steam at the boiler outlet and the condition of the reheating steam at the reheater are A-USC Plant Type, Examples 1 to 3 are simply the main steam condition and reheating. When comparing the steam condition with the comparative example of the A-USC Plant Type, it can be seen that the heat consumption rate is further reduced by 0.66%, 1.81%, and 2.24%, respectively, while satisfying the output of 800 MWe or more.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템(100,200,300)은 기존방식 대비 열소비율이 9~10% 정도 감소되는 결과를 얻을 수 있다.That is, the power generation system (100, 200, 300) for improving efficiency and reducing heat consumption according to an embodiment of the present invention can obtain a result in which the heat consumption rate is reduced by 9 to 10% compared to the conventional method.
열소비율은 단위 전력량을 생산하는데 소요되는 열량으로 정의되는 것으로 이 값이 적을수록 효율이 좋은 발전 시스템을 의미한다. The heat consumption rate is defined as the amount of heat required to produce a unit of electricity, and the smaller this value is, the better the power generation system.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템(100,200,300)은 상기 열소비율 저감부(180,280,380)를 통해 상기 보일러(160)로부터 상기 터빈유닛(110)으로 공급되는 주증기의 압력 및 온도와 상기 재열기(170)로부터 상기 터빈유닛(110)으로 공급되는 재열증기의 온도 중 적어도 어느 하나를 높여줌으로써 전체 발전 시스템의 효율을 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있다.Therefore, the power generation system (100, 200, 300) for efficiency improvement and heat consumption reduction according to an embodiment of the present invention is supplied from the
이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템(100,200,300)은 연료비의 절감 및 발전단가의 감소 등에 따른 경제성을 향상시키고 공해물질의 발생량을 감소시켜 환경을 청정하게 할 수 있다.Through this, the power generation system (100, 200, 300) for improving efficiency and reducing heat consumption according to an embodiment of the present invention improves economic efficiency due to reduction of fuel cost and power generation cost, and reduces the amount of pollutants to clean the environment can do.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.Although an embodiment of the present invention has been described above, the spirit of the present invention is not limited to the embodiment presented in the present specification, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention can add components within the scope of the same idea. It will be possible to easily propose other embodiments by changing, deleting, adding, etc., but it will be said that this is also within the scope of the present invention.
100,200,300 : 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템
110 : 터빈유닛 111 : 고압터빈
112 : 중압터빈 113a,113b : 저압터빈
120 : 복수기 122 : 순환수시스템
124 : 축밀봉증기복수기 131 : 복수펌프
132 : 복수승압펌프 141~147 : 급수가열기
148 : 탈기기 149 : 추기관
151 : 급수펌프 152 : 급수승압펌프
160 : 보일러 170 : 재열기
180,280,380 : 열소비율 저감부 181 : 추가급수가열기
182 : 제2중압터빈 183 : 추가재열기
184 : 추가추기관 190 : 발전기100,200,300: Power generation system to improve efficiency and reduce heat consumption
110: turbine unit 111: high pressure turbine
112:
120: condenser 122: circulating water system
124: shaft sealed steam recuperator 131: plural pump
132: multiple boosting
148: deaerator 149: pendulum
151: feed pump 152: feed boost pump
160: boiler 170: reheater
180,280,380: heat consumption reduction unit 181: additional water heater
182: second medium pressure turbine 183: additional reheater
184: additional thrust engine 190: generator
Claims (8)
고압터빈, 중압터빈 및 두 개의 저압터빈을 포함하고 발전기와 연결되는 터빈유닛;
상기 저압터빈에서 배출되는 증기를 복수기에서 응축하고, 응축된 복수를 공급하는 복수펌프유닛;
상기 터빈유닛으로부터 추기된 증기를 통해 상기 복수펌프유닛으로부터 공급된 급수를 가열하는 복수 개의 급수가열기;
상기 급수가열기로부터 공급된 급수를 가열하여 고온의 과열증기를 발생시킨 후 상기 과열증기를 상기 고압터빈으로 공급하는 보일러;
상기 고압터빈으로부터 배출된 증기를 재열하여 상기 중압터빈으로 공급하는 재열기; 및
상기 보일러로부터 상기 터빈유닛으로 공급되는 주증기의 압력 및 온도와 상기 재열기로부터 상기 터빈유닛으로 공급되는 재열증기의 온도 중 적어도 어느 하나를 높여주기 위한 열소비율 저감부;를 포함하되,
상기 중압터빈은 제1중압터빈 및 제2중압터빈을 포함하고, 상기 제1중압터빈은 상기 재열기로부터 재열된 증기를 공급받는 중압터빈이며,
상기 열소비율 저감부는,
상기 복수 개의 급수가열기 중 상기 보일러와 가장 가까운 급수가열기 및 보일러 사이에 배치되는 추가급수가열기와, 상기 제1중압터빈에서 배출되는 증기를 재열하는 추가재열기 및 상기 추가재열기에서 재열된 재열증기가 유입되는 상기 제2중압터빈을 포함하고,
상기 고압터빈으로 공급된 가열 증기는 일부는 고압터빈의 입구측에서 상기 추가 급수가열기측으로 공급되고, 나머지는 상기 재열기 측으로 공급되며,
상기 추가급수가열기는 상기 고압터빈의 입구 측에서 추기된 고온 고압의 증기를 이용하여 상기 가장 가까운 급수가열기로부터 공급된 급수를 가열한 후 상기 보일러 측으로 공급하는 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템.As a next-generation supercritical (A-USC) power generation system, the steam temperature at the outlet of the boiler is 700℃ or higher, and the steam temperature at the outlet of the additional reheater is 730℃ or higher.
A turbine unit including a high-pressure turbine, a medium-pressure turbine and two low-pressure turbines and connected to a generator;
A plurality of pump units for condensing the steam discharged from the low-pressure turbine in a condenser and supplying the condensed condensate;
A plurality of feed water heaters for heating the feed water supplied from the plurality of pump units through steam extracted from the turbine unit;
A boiler for heating the feed water supplied from the feed water heater to generate high-temperature superheated steam and then supplying the superheated steam to the high-pressure turbine;
A reheater for reheating steam discharged from the high-pressure turbine and supplying it to the medium-pressure turbine; And
Including; a heat consumption rate reducing unit for increasing at least one of the pressure and temperature of the main steam supplied from the boiler to the turbine unit and the temperature of the reheat steam supplied from the reheater to the turbine unit;
The medium pressure turbine includes a first medium pressure turbine and a second medium pressure turbine, and the first medium pressure turbine is a medium pressure turbine receiving reheated steam from the reheater,
The heat consumption rate reduction unit,
Among the plurality of feed water heaters, a feed water heater closest to the boiler and an additional feed water heater disposed between the boiler, an additional reheater for reheating steam discharged from the first medium pressure turbine, and reheated in the additional reheater And the second medium pressure turbine into which reheat steam flows,
Some of the heated steam supplied to the high-pressure turbine is supplied from the inlet side of the high-pressure turbine to the additional water heater side, and the rest is supplied to the reheater side,
The additional water heater uses high-temperature and high-pressure steam extracted from the inlet side of the high-pressure turbine to heat the feed water supplied from the nearest feed water heater, and then supplies it to the boiler side, thereby improving efficiency and reducing heat consumption. system.
상기 제2중압터빈으로부터 배출된 증기는 상기 저압터빈으로 유입되는 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템.The method of claim 2,
A power generation system for improving efficiency and reducing heat consumption of steam discharged from the second medium pressure turbine flowing into the low pressure turbine.
상기 복수 개의 급수가열기는 탈기기를 포함하는 혼합식 급수가열기인 효율향상 및 열소비율 저감을 위한 발전 시스템.The method of claim 2,
The plurality of water heaters is a mixed water heater including a deaerator, a power generation system for improving efficiency and reducing heat consumption.
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