KR102245954B1 - 폐열 증기 발생기 동작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 유동 매체에 의해 관류되는 증발기(16); 복수의 절탄기 가열 표면들(10, 14)을 갖는 절탄기; 그리고 유동 매체 측에서 복수의 절탄기 가열 표면들(10, 14)과 병렬로 연결되는 우회 라인(4);을 포함하는, 특히 강제 유동 원리에 따라 구성된 폐열 증기 발생기의 동작 방법에 관한 것이다. 이러한 방법에서, 우회 라인(4)의 관류량을 제어 또는 조절하기 위해서 폐열 증기 발생기(1)에 공급되는 열 에너지를 특성화하는 특성값(30)이 이용되고, 우회 라인(4)을 통한 유동 매체의 관류량의 조절 또는 제어는 증발기(16)의 유입구에서의 과냉 설정값(26)에 따라 실행된다. 우회 라인(4)을 통한 유동 매체의 관류량의 조절 또는 제어는 부가적으로 증발기(16)의 배출구에서의 과열 설정값(110)에 따라서 실행된다.

Description

폐열 증기 발생기 동작 방법

본 발명은 제1항의 전제부에 따른 폐열 증기 발생기의 동작 방법, 특히 강제 유동 원리에 따라 구성된 폐열 증기 발생기의 부하-의존적 제어 방법에 관한 것이다.

EP 2 224 164 A1은 증발기; 복수의 절탄기 가열 표면들을 갖는 절탄기(economizer); 및 유동 매체 측 상에서 복수의 절탄기 가열 표면들과 병렬로 연결되는 우회 라인;을 포함하는 폐열 증기 발생기의 동작 방법을 개시한다. 폐열 증기 발생기의 동작 안전성 및 신뢰성을 높이기 위해서, 여기에서, 모든 부하 상태에서, 증발기의 유입구에서 물-증기 혼합물의 형성이 신뢰 가능하게 방지되는 방법이 개시된다. 이를 위해서, 특성값의 증가 시 우회 라인의 관류량을 감소시키기 위해서, 우회 라인의 관류량의 제어 또는 조절을 위한, 폐열 증기 발생기에 공급되는 열 에너지를 특성화하는 특성값이 이용된다. 결과적으로, 폐열 증기 발생기에 공급되는 열 에너지의 증가 시에도 그리고 그에 따라 증발기의 유입구에서 온도의 실제 변화 또는 과냉을 측정하기 전에도, 우회 라인의 관류량이 적절히 적응될(adapted) 수 있다. 즉, 폐열 증기 발생기의 현재 동작 모드에서, 폐열 증기 발생기에 공급되는 열 에너지가 증가되는 경우에, 이는 (예를 들어, 급수 질량 유동, 압력, 매체 온도와 같은) 유동 매체의 추가적인 열역학적 상태 변수의 증가와 연계되며, 이는, 물리 법칙으로 인해서, 유입구 과냉의 증가와 직접적으로 연관되기 때문이다. 그에 따라, 그러한 경우에, 절탄기의 배출구에서의 온도가 상승됨에 따라서 증발기 유입구에서의 과냉이 감소되도록, 우회 라인의 관류량이 감소되어야 한다. 그에 상응하게 역으로, 특성값의 감소의 경우에, 우회 라인의 관류량은 바람직하게 증가되고, 그에 따라 절탄기의 배출구 온도를 목표하는 방식으로 적응시킨다. 여기에서, 관류량의 제어는 또한 미리 규정된 과냉 설정값에 따라 실행될 수 있다.

강제 유동 원리에 따라 구성된 폐열 증기 발생기의 급수량의 조절 또는 제어 중에, 증발기로부터 방출되는 유동 매체의 부하-의존적인 일정하지 않은 온도 요동이, 예를 들어 WO 2009/150055 A2호로부터 알려진 방법만으로는 최적으로 항상 방지되지 않는다는 것이 발견되었다.

그에 따라, 본 발명의 목적은 최적화된 폐열 증기 발생기 동작 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적은 제1항의 특징부를 가지는 방법에 의해서 달성된다.

본 발명에 따른 방법으로, 더 큰 부가적인 복잡성 없이, 폐열 증기 발생기의 일정하지 않은 동작 중에 발생되는 증발기 배출구 온도의 요동도 효과적으로 최소화될 수 있다. 실제로, 이는, 폐열 증기 발생기의 구성요소 부하가 주어진 일시적 요건 하에서 더 감소될 수 있거나, 비교적 균등한 구성요소 부하에서, 설비의 융통성(flexibility)이 더 증가될 수 있다는 것을 의미한다. 이를 위해서, EP 2 224 164 A1호로부터 알려진 장치에서, 우회 라인을 통한 유동 매체의 관류량을 조절 또는 제어하기 위한 기본적인 방법의 적응이 그에 따라 실질적으로 요구된다.

본 발명에 따른 방법의 유리한 개선이 종속항으로부터 얻어질 수 있다.

이제, 이하의 도면을 이용하여 본 발명을 예로서 설명할 것이다.

도 1은 최적화된 제어를 위한 제1 구성을 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 예시적인 실시예의 상세 부분을 개략적으로 도시한다.
도 3은 제2의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한다.

도 1은 먼저 폐열 증기 발생기를 위한 제어를 가지는 제1 구성을 개략적으로 도시한다. 구체적으로 도시되지 않은 펌프에 의해서 구동되는 유동 매체(S)가 먼저, 제1 예열기 가열 표면 또는 절탄기 가열 표면(10) 내로 유동된다. 그러나, 우회 라인(4)은 이미 이전에 분기된다. 우회 라인(4)의 관류를 제어하기 위해서, 조절 가능 모터(8)에 의해서 제어될 수 있는 유량 제어 밸브(6)가 제공된다. 또한, 단순한 조절 밸브가 제공될 수 있으나, 신속-반응 제어 밸브에 의해서, 증발기 유입구에서의 과냉의 보다 양호한 조정이 달성될 수 있다. 그에 따라, 유동 매체(S)의 일부는, 유량 제어 밸브(6)의 위치에 따라, 우회 라인(4) 내로 유동되고, 다른 부분은 제1 절탄기 가열 표면(10)을 통해서 그리고 이어서 추가적인 절탄기 가열 표면(14)을 통해서 관류된다. 본 구성에서, 절탄기 가열 표면(14)의 배출구에서, 우회 라인(4) 및 절탄기 가열 표면(14)으로부터 유동 매체는, 하류의 증발기(16)에 유입하기 전에, 혼합 지점(12)에서 혼합된다. 연도 가스 측에서, 절탄기 가열 표면(10, 14)의 그리고 증발기(16)의 다양한 배열이 가능하다. 그러나, 일반적으로, 절탄기 가열 표면(10, 14)은 연도 가스 측에서 증발기(16)의 하류에 연결되는데, 이는 절탄기가 비교적 가장 낮은 온도의 유동 매체를 운반하기 때문이고, 구체적으로 도시되지 않은 연도 가스 도관 내에서 잔류 열을 이용하도록 의도되기 때문이다. 폐열 증기 발생기의 매끄러운 동작을 보장하기 위해서, 현재의 온도와 증발기 내의 포화 온도의 충분한 차이를 의미하는 충분한 과냉이 증발기 유입구에서 존재하여야 하므로, 액체 유동 매체만 존재한다. 이러한 방식으로만, 증발기(16) 내의 개별적인 증발기 관으로의 유동 매체의 신뢰 가능한 분배의 발생이 보장될 수 있다. 증발기 유입구에서의 과냉을 제어하기 위해서, 압력 측정 장치(20) 및 온도 측정 장치(22)가 이러한 위치에서 제공된다. 제어 측에서, 첫 번째로 과냉 설정값(26)이 증발기 유입구에서 미리 규정된다. 이는, 예를 들어, 3K일 수 있고, 다시 말해서 증발기 유입구에서의 온도는 증발기(16) 내의 포화 온도보다 3K만큼 낮도록 의도된다. 압력 측정 장치(20)에서 결정된 압력으로부터, 증발기(16)의 포화 온도(28)가 결정되는데, 이는 이러한 것이 증발기(16) 내에서 우세한 압력의 직접적인 함수이기 때문이다. EP 2 224 164 A1로부터 알려진 조절 및 제어 장치(100)는 이러한 값들을 이용하고, 이들을 열 에너지를 특성화하는 공급된 특성값(30)에 따라 그리고 증발기(4)의 유입구에서 존재하도록 의도된, 미리 설정되거나 미리 규정된 과냉 설정값(26)에 따라 평가한다. 이는 이어서, 우회 라인(4)의 유량 제어 밸브(6)의 조작을 위한 적합한 제어 값을 초래한다.

본 발명에 따라, EP 2 224 164 A1로부터 알려진 조절 및 제어 장치(100)와 비교하여, 확장 가능한 조절 및 제어 장치(100')가 제공된다. 여기에서, 우회 라인(4)의 관류량의 제어 및 조절은, 폐열 증기 발생기에 공급되는 열 에너지를 특성화하는 특성값(30)에 따라 그리고 증발기(16)의 유입구에서의 과냉 설정값(26)에 따라, 그리고 또한, 증발기(16)의 배출구에서의 과열 설정값(110)에 따라 실행된다. 과열 설정값(110)은 이러한 경우에 증발기(16)에서의 유동 매체의 배출구 온도에 대한 설정값을 미리 규정한다. 증발기 배출구에서의 과열을 제어하기 위해서, 이러한 위치에 압력 측정 장치(121) 및 온도 측정 장치(131)가 제공되고, 이들은 확장된 조절 및 제어 장치(100') 내에서 상응하게 처리된다.

완성을 위해서, 급수 주 밸브(141)를 조절하기 위한 급수 제어 장치(SWS)가 또한 도 1에 도시되어 있다. 여기에서, 조절은 예를 들어 WO 2009/150055 A2호로부터 이미 알려진 바와 같이, 상응하는 급수 조절 장치(SWS)에 의해서 실행된다. 압력(<PS> 및 <PD>) 및 온도(<TS> 및 <TD>)가 증발기 이전에 그리고 이후에 분기되고, 급수 조절 장치(SWS)에 의해서 상응하게 처리되고, 이어서 조절 신호(<S>)로서 급수 주 밸브의 모터(142)로 전달된다. 비록 이러한 급수 제어가 본 발명의 대상은 아니나, 모든 부하 범위에서의 폐열 증기 발생기의 확실한 동작을 보장하기 위해서, 우회 라인의 유량 제어 밸브(6)의 그리고 급수 주 밸브(141)의 조절은 그 각각의 제어 거동과 관련하여 서로 조율되어야 한다.

물리적 원리의 배경으로부터, 강제 유동 원리에 따라 구성된 폐열 증기 발생기에서 요동치는 유입구 온도는 배출구 온도의 요동을 초래한다. 여기에서, 특정 부피의 감소 그리고 이와 직접 연관된 증발기 관류의 감소로 인한 유입구 온도의 감소는 증발기 배출구에서의 온도 상승 및 과열을 초래한다. 반대의 경우도 그에 상응하게 적용된다. 일반적으로, 이는, 급수 주 밸브(141)를 위한 제어 개념에서 적절히 구현된 대응책에 의해서 가능한 한 보상되어야 하는, 일정하지 않은 동작 중의 바람직하지 못한 효과이다. 그러나, 오늘날 일반적으로 적용되는 큰 부하 구배로 인해서, 이는 공급 제어만으로 항상 가능하지는 않다. 이러한 상황의 개선을 위해서, 본 발명이 이용되나, 이는 이제 정확하게 반대 루트(opposite route)를 따르고 전술한 바람직하지 못한 물리적 효과를 이용한다. 적절한 방식으로 증발기 유입구 온도를 원하는 대로 조작 또는 변화시키는 것에 의해서, 미리 규정된 설정값에 대한 증발기 배출구 온도의 편차에 대한 반응이 이루어지고, 그에 따라 이러한 방식으로 배출구 온도의 요동을 가능한 한 작게 유지한다. 예를 들어, 일정하지 않은 경우에, 증발기 배출구 온도가 바람직하지 못하게 급격히 낮아지면, 증발기 관류는 증발기 유입구 온도의 감소[우회 라인(4)의 유량 제어 밸브(6)의 개방]에 의해서 일시적으로 감소될 수 있고, 그에 따라 배출구 온도가 지지될 수 있다. 반대의 경우에, 증발기 유동의 일시적 증가에 의해 증발기 배출구 온도의 상승에 반대로 작용하도록, 증발기 유입구 온도가 증가[우회 라인(4)의 유량 제어 밸브(6)의 폐쇄]되어야 한다. 그러나, 여기에서, 열-유체적 관점의 배경으로부터, 최대 증발기 유입구 온도가 초과되지 않도록 또는 최소로 요구되는 유입구 과냉보다 낮아지지 않도록, 주의를 기울일 필요가 있다. 또한, 본 발명에 따른 방법은, 확장된 조절 및 제어 장치(100')가 실제로도 희망 방향으로 증발기 유입구 온도에 영향을 미칠 수 있는 것으로 가정한다. 실제로 이는, 증발기 유입구 온도의 추가적인 감소를 위해서, 유량 제어 밸브(6)가 미리 완전히 개방되지 않아야 한다는 것을 의미하는 한편, 증가를 위해서 유량 제어 밸브가 완전히 폐쇄되지 않아야 한다는 것을 의미한다. 또한, 절탄기 가열 표면 주위에서 유도된 이차적인 유동이 마지막 절탄기 스테이지 전에 유동 매체의 주 유동과 미리 재혼합되지 않고 증발기 유입구에서 바로 재혼합되는 경우에, 여기에서 제시된 방법에 특히 유리한데, 이는 이러한 방식으로만 특정 상황 하에서 요구되는 증발기 유입구 온도의 신속한 변화가 보장될 수 있기 때문이다. 그러나, 증발기 유입구에서 우회 유동을 통합하는 것의 위험성은, 회피에 적용되는, 마지막 절탄기 스테이지에서의 증기 형성 가능성에 있다. 급수 제어 밸브를 (도 3에 도시된 바와 같은) 제1 절탄기 스테이지의 유입구로부터 (도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은) 증발기 유입구로 이동시키는 것이 여기에서 적절한 구제책을 보장할 수 있다. 절탄기 가열 표면 내의 연관된 더 높은 시스템 압력의 결과로서, 마지막 절탄기 가열 표면 내의 바람직하지 못한 증기 형성은 발생되지 않는데, 이는 물리적 성질 때문이다.

이제, 도 2는 도 1에 도시된 기본적인 제어 개념의 추가적인 상세 부분을 도시한다. 여기에서, 무엇 보다도 증발기 배출구에서의 결정된 과열과 과열 설정값(110) 사이의 차이가 형성되고, 이어서 이러한 차이의 시간적 변화가 계산된다. 이는, 입력이 설정 과열과 실제 과열의 차이와 연관되는, 1차의 부가적인 미분 항(additional differential term of first order)(151)을 이용함으로써 최적으로 이루어진다. 유리하게, 이러한 미분 항(151)의 출력은, 열 에너지를 특성화하는 공급된 특성값(30)의 시간-지연 값(152)이 더 곱해지고, 과냉 설정값(26)에 부가된다. 증발기 유입구에서의 필요 최소 냉각보다 낮아지지 않도록 하기 위해서, 이러한 합계는, 희망 최소 과냉(154)을 갖는 최대-선택 요소(max-choice element)(155)를 통해서 부가적으로 보장되어야 한다.

도 3은 추가적인 예시적 실시예를 도시하고, 여기에서 급수 제어 밸브(141)는 제1 절탄기 가열 표면(10)의 상류에 배열되고, 2개의 절탄기 가열 표면들(10 및 14) 사이의 우회 라인(4)의 통합부(12')가 제공된다. 확장된 조절 및 제어 장치(100')는 전통적인 2-회로 제어 루프의 견지에서 이제 추가적으로 도 2의 예시적인 실시예와 비교하여, 추가적인 측정 장치(156)의 도움으로 결정된, 절탄기(14)의 유입구에서의 온도의 시간-지연 값(157)을 고려한다. 이는, 절탄기(14)에 의해서 유발되는 증발기 유입구에서의 유동 매체의 온도의 시간-지연 거동에도 불구하고, 일정하지 않은 설비 거동의 경우에, 에코-우회 제어 장치(eco-bypass regulating device)(100')가 가능한 한 신속하게 작용할 수 있도록 그리고 그럼에도 불구하고 동시에 안정되도록 보장한다.

본 발명에 따른 방법이, 강제 유동 원리에 따라 구성된 폐열 증기 발생기에서 이용되는 경우에, 그러한 강제 유동 폐열 증기 발생기의 임계-이하의(sub-critical) 증발기 시스템의 시뮬레이션이 보여주는 바와 같이, 증발기 배출구에서의 과열의 요동이 효과적으로 감소될 수 있다. 여기에서 표시된 방법의 적용이 없는 경우에 증발기 배출구 과열량의 요동이 약 90K까지이나, 본 발명에 따른 개념이 적용될 때, 이러한 요동은 약 50K까지 감소될 수 있다.

Claims (4)

1. 유동 매체에 의해 관류되는 증발기(16); 복수의 절탄기 가열 표면들(10, 14)을 갖는 절탄기; 그리고 유동 매체 측에서 복수의 절탄기 가열 표면들(10, 14)과 병렬로 연결되는 우회 라인(4);을 포함하는, 특히 강제 유동 원리에 따라 구성된 폐열 증기 발생기의 동작 방법이며, 폐열 증기 발생기(1)에 공급되는 열 에너지를 특성화하는 특성값(30)이 우회 라인(4)의 관류량을 제어 또는 조정하기 위해서 사용되고, 우회 라인(4)을 통한 유동 매체의 관류량의 조절 또는 제어가 증발기(16)의 유입구에서의 과냉 설정값(26)에 따라 실행되는, 폐열 증기 발생기의 동작 방법에 있어서,
   우회 라인(4)을 통한 유동 매체의 관류량의 조절 또는 제어가 부가적으로 증발기(16)의 배출구에서의 과열 설정값(110)에 따라서 실행되며,
   증발기(16)에서의 유동 매체의 배출구 온도가 과열 설정값(110)보다 낮아질 때, 우회 라인(4)을 통한 유동 매체의 관류량은 증가되고, 증발기(16)에서의 유동 매체의 배출구 온도가 과열 설정값(110)을 초과할 때, 우회 라인(4)을 통한 유동 매체의 관류량은 감소되는 것을 특징으로 하는, 폐열 증기 발생기의 동작 방법.
2. 제1항에 있어서,
   과열 설정값(110)은, 증발기(16)에서의 유동 매체의 배출구 온도에 대한 설정값으로서 미리 규정되는 것을 특징으로 하는, 폐열 증기 발생기의 동작 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   과냉 설정값(26)은, 증발기(16)에서의 유동 매체의 유입구 온도에 대한 설정값으로서 미리 규정되는 것을 특징으로 하는, 폐열 증기 발생기의 동작 방법.
4. 삭제

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