KR102287888B1 - 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기 - Google Patents

전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기 Download PDF

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오흥일
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한국전력기술 주식회사
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Abstract

본 발명은 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기에 관한 것으로, 유입된 공기를 건조시킬 수 있는 겔을 포함하는 제1탱크; 상기 제1탱크에서 건조된 공기를 배출하는 제1배관; 겔을 포함하는 제2탱크; 상기 제1배관에서 분기되며, 상기 제2탱크에 상기 제1탱크의 공기를 공급할 수 있는 제2배관; 상기 제1배관에서 분기되며, 상기 제2탱크에 상기 제1탱크의 공기를 공급할 수 있는 제3배관;을 포함하며, 상기 제2배관에는 상기 제1탱크에서 건조된 공기를 전기 방식으로 가열할 수 있는 전기식 공기 히터가 구비되고, 상기 제3배관에는 상기 제1탱크에서 건조된 공기를 증기를 사용하여 가열할 수 있는 증기식 공기 히터가 구비되는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기 {Power plant control air dryer using electric air heater and steam air heater}
본 발명은 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공기 건조를 위해 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 함께 사용하여 열원을 다양화시킴에 따라 공기 건조기의 운전 및 제어의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기에 관한 것이다.
일반적으로 발전소에는 공기 건조기가 사용되고 있으며, 공기 건조기는 전기식 공기 히터를 사용하여 공기를 건조하게 된다. 구체적으로, 발전소의 공기 건조기는 Operation tank, Regeneration tank 2대의 탱크를 포함할 수 있으며, Operation tank 하부로 공급된 공기는 탱크 내부의 겔 사이를 통과하면서 노점 온도 영하 40도로 건조된다. 건조된 공기는 각각의 사용처로 공급된다.
최종 건조된 공기 중 일부는 회수되어 전기식 공기 히터에 의해 약 180도로 가열된 후 Regeneration tank 상부 배관을 거쳐 탱크 내부의 겔을 건조시키게 된다. 탱크 내부를 건조 시킨 공기는 하부로 배출되면서 대기 중으로 방출된다.
상술한 바와 Regeneration tank 내부의 겔을 건조시키기 위한 180도의 공기는 전기식 공기 히터를 통해 만들어진다. 일반적인 발전소의 공기 건조기에는 전기식 공기 히터가 2대가 설치되며, 1대는 운전용으로 사용되고, 다른 1대는 예비용으로 사용된다.
그러나 이와 같은 전기식 공기 히터는 다음과 같은 문제점이 있다. 전기식 공기 히터는 소비 전력이 크고 유지 보수 비용이 과다하게 발생하는 문제점이 있다. 또한, 전기식 공기 히터는 ON/OFF 제어로 작동하게 되는데, ON/OFF 제어에 따른 제어 신뢰성이 낮은 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 더욱 상세하게는 공기 건조를 위해 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 함께 사용하여 열원을 다양화시킴에 따라 공기 건조기의 운전 및 제어의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기에 관한 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기는, 유입된 공기를 건조시킬 수 있는 겔을 포함하는 제1탱크; 상기 제1탱크에서 건조된 공기를 배출하는 제1배관; 겔을 포함하는 제2탱크; 상기 제1배관에서 분기되며, 상기 제2탱크에 상기 제1탱크의 공기를 공급할 수 있는 제2배관; 상기 제1배관에서 분기되며, 상기 제2탱크에 상기 제1탱크의 공기를 공급할 수 있는 제3배관;을 포함하며, 상기 제2배관에는 상기 제1탱크에서 건조된 공기를 전기 방식으로 가열할 수 있는 전기식 공기 히터가 구비되고, 상기 제3배관에는 상기 제1탱크에서 건조된 공기를 증기를 사용하여 가열할 수 있는 증기식 공기 히터가 구비되는 것을 특징으로 하는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기의 상기 증기식 공기 히터는, 발전소의 보조 증기 헤더로부터 증기를 공급받을 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기의 상기 제2배관에는, 상기 제1배관에서 상기 전기식 공기 히터로 공급되는 공기를 차단할 수 있는 제2입구 밸브와, 상기 전기식 공기 히터에서 상기 제2탱크로 공급되는 공기를 차단할 수 있는 제2출구 밸브가 구비될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기의 상기 제3배관에는, 상기 제1배관에서 상기 증기식 공기 히터로 공급되는 공기를 차단할 수 있는 제3입구 밸브와, 상기 증기식 공기 히터에서 상기 제2탱크로 공급되는 공기를 차단할 수 있는 제3출구 밸브가 구비될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기의 상기 증기식 공기 히터는, 공기와 증기를 열 교환시키는 열교환부와, 상기 열교환부로 공기를 공급하는 공기 공급부와, 상기 열교환부로 증기를 공급하는 증기 공급부와, 상기 열교환부에서 증기가 배출되는 스팀 트랩을 포함할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기의 상기 증기 공급부에는, 증기의 압력을 측정할 수 있는 압력 전송기와, 상기 압력 전송기에서 측정된 압력에 따라 증기의 압력을 조절할 수 있는 압력 제어 밸브가 구비될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기의 상기 압력 제어 밸브는, 미지 지정된 압력값과 상기 압력 전송기에서 측정된 압력값을 기준으로 PID(proportional integral derivative control) 제어될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기의 상기 증기 공급부는, 190도, 10 bar.g 의 증기를 공급하는 발전소의 제1보조 증기 헤더와, 265도, 20 bar.g의 증기를 공급하는 발전소의 제2보조 증기 헤더와 연결될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기의 상기 증기 공급부에는, 상기 제1보조 증기 헤더에서 공급되는 증기를 차단할 수 있는 제1증기 밸브와, 상기 제2보조 증기 헤더에서 공급되는 증기를 차단할 수 있는 제2증기 밸브가 구비될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기의 상기 증기 공급부에는, 상기 제1보조 증기 헤더에서 공급되는 증기의 압력을 측정할 수 있는 제1압력 전송기와, 상기 제2보조 증기 헤더에서 공급되는 증기의 압력을 측정할 수 있는 제2압력 전송기가 구비될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기의 상기 증기 공급부에는, 증기의 온도를 측정할 수 있는 온도 전송기와, 상기 온도 전송기에서 측정된 온도에 따라 증기의 온도를 조절할 수 있는 과열 저감기가 구비될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기의 상기 과열 저감기는, 미리 지정된 온도값과 상기 온도 전송기에서 측정된 온도값을 기준으로 PID(proportional integral derivative control) 제어될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기의 상기 증기식 공기 히터는, 상기 스팀 트랩에 연결되는 복수 드레인 탱크를 더 포함하며, 상기 스팀 트랩은 증기에서 발생하는 복수 만을 상기 복수 드레인 탱크에 배출할 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기의 상기 전기식 공기 히터에는, 상기 전기식 공기 히터를 통해 가열된 공기의 온도를 측정하며, 공기의 온도에 따라 상기 전기식 공기 히터의 ON/OFF 작동을 조절할 수 있는 제어용 온도 스위치가 구비될 수 있다.
본 발명은 공기 건조를 위해 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하여 열원을 다양화시킴에 따라 공기 건조기의 운전 및 제어의 신뢰성, 설비 운전 유연성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 공기 건조를 위해 전기식 공기 히터와 함께 발전소의 증기를 이용하는 증기식 공기 히터를 사용함에 따라 에너지 효율을 향상시킬 수 있고, 공기 건조기의 소비 전력을 감소시키면서 내구성을 향상시켜 유지 보수 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 전기식 히터를 2대 사용하는 공기 건조기를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기식 공기 히터를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 증기식 공기 히터를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전기식 공기 히터 및 증기식 공기 히터의 사용 여부에 따라 밸브의 개폐 여부를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 압력 제어 밸브와 과열 저감기의 제어 알고리즘을 나타내는 도면이다.
도 7(a)는 ON/OFF 제어를 사용하는 경우에 제어량과 목표값을 비교한 도면이며, 도 7(b)는 PID 제어를 사용하는 경우에 제어량과 목표값을 비교한 도면이다.
본 명세서는 본 발명의 권리범위를 명확히 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있도록, 본 발명의 원리를 설명하고, 실시 예들을 개시한다. 개시된 실시 예들은 다양한 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 발명(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어, 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 결합되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기에 관한 것으로, 공기 건조를 위해 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 함께 사용하여 열원을 다양화시킴에 따라 공기 건조기의 운전 및 제어의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기에 관한 것이다. 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 발전소의 공기 건조기는 Operation tank로 이루어진 제1탱크(10)와 Regeneration tank로 이루어진 제2탱크(20)를 포함하는 것이다. 상기 제1탱크는 유입된 공기를 건조시킬 수 있는 겔을 포함하는 것으로, 상기 제1탱크(10) 하부로는 공기가 공급되며, 상기 제1탱크(10) 하부로 공급된 공기는 상기 제1탱크(10) 내부의 겔 사이를 통과하면서 노점 온도 영하 40도로 건조된다. 건조된 공기는 발전소의 다양한 사용처로 공급된다.
건조된 공기 중 일부는 회수되어 전기식 공기 히터(30)에 의해 180도로 가열된 이후에 상기 제2탱크(20) 상부 배관을 거쳐 상기 제2탱크(20) 내부의 겔을 건조시킨다. 상기 제2탱크(20) 내부를 건조시킨 공기는 하부로 배출되어 대기 중으로 배출된다.
Operating Tank와 Regeneration Tank로 이루어진 상기 제1탱크(10)와 상기 제2탱크(20)는 겔의 상시 건조를 위해 상기 방향전환밸브(40)의 조작에 의해 서로 교체되어 운전되고, 장시간의 운전으로 겔의 건조능력이 떨어질 경우, 상기 제2탱크(20)를 차단하면서 상기 제2탱크(20)의 겔을 교체할 수 있다.
상술한 바와 같이 종래의 발전소는 상기 제2탱크(20) 내부의 겔을 건조시키기 위한 180도의 공기를 전기식 공기 히터(30)를 사용하여 공급한다. 상기 전기식 공기 히터(30)는 2대가 설치되며, 1대는 운전용으로 사용되고, 다른 1대는 예비용으로 사용된다.
그러나 상기와 같이 상기 전기식 공기 히터(30) 만을 사용하여 공기를 건조시키는 것은, 소비 전력이 크고 유지 보수 비용이 과다하게 발생하는 문제점이 있다. 또한, 전기식 공기 히터(30)는 ON/OFF 제어로 작동하게 되는데, ON/OFF 제어에 따른 제어 신뢰성이 낮은 문제점이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기는 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 전기식 공기 히터(150)와 증기식 공기 히터(200)를 동시에 사용하는 것이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기는 제1탱크(110), 제1배관(120), 제2탱크(130), 제2배관(140), 전기식 공기 히터(150), 제3배관(160), 증기식 공기 히터(200)를 포함한다.
상기 제1탱크(110)는 Operation tank로 이루어질 수 있는 것으로, 상기 제1탱크(110) 하부로 공기가 유입될 수 있다. 상기 제1탱크(110) 하부로 공기가 유입되면, 상기 제1탱크(110) 내부의 겔 사이로 공기가 통과되면서 공기가 노점 온도 영하 40도로 건조된다. 상기 제1탱크(110)에서 건조된 공기는 제1배관(120)을 통해 배출된다.
상기 제1배관(120)은 상기 제1탱크(110)에서 건조된 공기를 배출하는 배관이 될 수 있는 것으로, 상기 제1배관(120)을 통해 건조된 공기는 다양한 사용처에 공급된다.
상기 제2탱크(130)는 겔을 포함하는 것으로, 상기 제2탱크(130)는 Regeneration tank로 이루어질 수 있는 것이다. 상기 제2탱크(130) 내부의 겔은 외부로부터 유입되는 공기를 통해 건조될 수 있는 것으로, 상기 제2탱크(130) 내부에는 상기 제1탱크(110)에서 건조된 공기가 공급될 수 있다.
상기 제2탱크(130)에 상기 제1탱크(110)의 공기가 공급될 때, 상기 제2배관(140)과 상기 제3배관(160)을 통해 상기 제2탱크(130)에 상기 제1탱크(110)의 공기가 공급될 수 있다.
상기 제2배관(140)과 상기 제3배관(160)은 상기 제1배관(120)에서 분기되는 것으로, 도 2를 참조하면, 상기 제1배관(120)에서 상기 전기식 공기 히터(150)가 배치되는 방향으로 분기되는 배관이 상기 제2배관(140)이며, 상기 제1배관(120)에서 상기 증기식 공기 히터(200)가 배치되는 방향으로 분기되는 배관이 상기 제3배관(160)이다.
즉, 상기 제1배관(120)에서 일 방향으로 분기되는 상기 제2배관(140)에는 상기 제1탱크(110)에서 건조된 공기를 전기 방식으로 가열할 수 있는 상기 전기식 공기 히터(150)가 구비되며, 상기 제1배관(120)에 다른 일 방향으로 분기되는 상기 제3배관(160)에는 상기 제1탱크(110)에서 건조된 공기를 증기를 사용하여 가열할 수 있는 증기식 공기 히터(200)가 구비된다.
상기 제2탱크(130)는 상기 제2배관(140)을 통해 상기 전기식 공기 히터(150)에서 가열된 공기를 공급 받을 수 있으며, 상기 제3배관(160)을 통해 상기 증기식 공기 히터(200)에서 가열된 공기를 공급 받을 수도 있다.
도 2를 참조하면, 상기 제2배관(140)에는 상기 제1배관(120)에서 상기 전기식 공기 히터(150)로 공급되는 공기를 차단할 수 있는 제2입구 밸브(141)와 상기 전기식 공기 히터(150)에서 상기 제2탱크(130)로 공급되는 공기를 차단할 수 있는 제2출구 밸브(142)가 구비될 수 있다.
상기 제3배관(160)에는 상기 제1배관(120)에서 상기 증기식 공기 히터(200)로 공급되는 공기를 차단할 수 있는 제3입구 밸브(161)와 상기 증기식 공기 히터(200)에서 상기 제2탱크(130)로 공급되는 공기를 차단할 수 있는 제3출구 밸브(162)가 구비될 수 있다.
후술하겠지만, 상기 제2탱크(130)는 선택적으로 상기 제2배관(140)과 상기 제3배관(160)에서 가열된 공기를 받을 수 있는 것으로, 상기 제2입구 밸브(141) 및 상기 제2출구 밸브(142)는 상기 제2배관(140)을 개폐하기 위한 것이며, 상기 제3입구 밸브(161) 및 상기 제3출구 밸브(162)는 상기 제3배관(160)을 개폐하기 위한 것이다.
도 3을 참조하면, 상기 전기식 공기 히터(150)는 내부에 코일(151)이 구비되는 것으로, 상기 코일(151)을 통해 발열 될 수 있는 것이다. 상기 전기식 공기 히터(150)는 쉘 구조로 이루어질 수 있는 것이나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 코일(151)이 구비되면서 전기를 통해 발열될 수 있다면 다양한 구성이 사용될 수 있다.
상기 전기식 공기 히터(150)에는 상기 전기식 공기 히터(150)를 통해 가열된 공기의 온도를 측정하며, 공기의 온도에 따라 상기 전기식 공기 히터(150)의 ON/OFF 작동을 조절할 수 있는 제어용 온도 스위치(152)가 구비될 수 있다.
상기 제어용 온도 스위치(152)는 측정되는 온도에 따라 상기 전기식 공기 히터(150)의 작동을 조절할 수 있는 것으로, 상기 증기식 공기 히터(200)가 작동되는 경우에는 상기 제어용 온도 스위치(152)를 통해 상기 전기식 공기 히터(150)의 작동을 정지할 수 있다.
상기 증기식 공기 히터(200)는 발전소의 보조 증기 헤더로부터 증기를 공급 받을 수 있는 것이다. 발전소에는 독립적으로 구성되어 있는 두 종류의 보조 증기 헤더(제1보조 증기 헤더(250) 및 제2보조 증기 헤더(260))가 존재한다. 도 2를 참조하면, 제1보조 증기 헤더(250)는 증기 조건이 190도, 10bar.g 인 것이며, 제2보조 증기 헤더(260)는 증기 조건이 265도, 20bar.g인 것이다.
상기 제2탱크(130) 내부의 겔을 건조시키기 위해서는 180도 이상의 온도로 가열된 공기가 필요한데, 상기 제1보조 증기 헤더(250) 및 상기 제2보조 증기 헤더(260)의 증기 온도는 190도, 250도 이기 때문에, 상기 제1보조 증기 헤더(250) 및 상기 제2보조 증기 헤더(260)는 상기 제2탱크(130)에 공급되는 공기를 가열할 수 있는 열원으로 사용될 수 있게 된다. (다만, 상기 제1보조 증기 헤더(250) 및 상기 제2보조 증기 헤더(260)의 증기의 온도 및 압력은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제2탱크(130)에 공급되는 가열된 공기보다 높은 온도라면 다양한 온도 및 압력을 형성할 수도 있다.)
상기 보조 증기 헤더는 발전소의 증기 열원 공급에 필요한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기는 2대가 사용되는 전기식 공기 히터 중 한 대를 증기식 공기 히터로 대체하여 사용하는 것으로, 증기식 공기 히터는 발전소 보조증기계통, 복수계통, 증기공급설비, 응축수 회수 설비 및 관련 제어설비와 연계되는 보조 증기 헤더를 통해 열원을 공급받을 수 있는 것이다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기는 발전소에서 사용하고 있는 보조 증기 헤더를 증기식 공기 히터와 연계하여 공기를 건조시키는 것으로, 증기식 공기 히터는 공기가열을 위해 증기를 사용하므로 전기를 사용하는 전기식 공기 히터 대비 경제성이 뛰어나고, 내구성 또한 전기식에 비해 우수한 장점이 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 증기식 공기 히터(200)는 공기 공급부(210), 열교환부(220), 증기 공급부(230), 스팀 트랩(240)을 포함한다.
상기 열교환부(220)는 공기와 증기를 열교환시키는 것이며, 상기 공기 공급부(210)는 상기 열교환부(220)로 공기를 공급하는 것이다. 상기 증기 공급부(230)는 상기 열교환부(220)로 증기를 공급하는 것이며, 상기 스팀 트랩(240)은 상기 열교환부(220)에서 열교환된 증기가 배출되는 곳이다.
상기 공기 공급부(210)는 상기 열교환부(220)에 공기를 공급할 수 있다면 다양한 구성이 사용될 수 있으며, 상기 열교환부(220)는 공기와 증기를 열 교환시킬 수 있다면 다양한 구성이 사용될 수 있다.
상기 증기 공급부(230)는 상술한 보조 증기 헤더로부터 증기를 공급받을 수 있는 것이다. 구체적으로, 상기 증기 공급부(230)는 190도, 10 bar.g 의 증기를 공급하는 발전소의 상기 제1보조 증기 헤더(250)와 265도, 20 bar.g의 증기를 공급하는 발전소의 상기 제2보조 증기 헤더(260)와 연결되어 증기를 공급받을 수 있는 것이다. (다만, 상기 제1보조 증기 헤더(250) 및 상기 제2보조 증기 헤더(260)의 증기의 온도 및 압력은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제2탱크(130)에 공급되는 가열된 공기보다 높은 온도라면 다양한 온도 및 압력을 형성할 수도 있다.)
상기 증기 공급부(230)에는 상기 제1보조 증기 헤더(250)에서 공급되는 증기를 차단할 수 있는 제1증기 밸브(251)와 상기 제2보조 증기 헤더(260)에서 공급되는 증기를 차단할 수 있는 제2증기 밸브(261)가 구비될 수 있다.
상기 제1증기 밸브(251)와 상기 제2증기 밸브(261)는 상기 제1보조 증기 헤더(250)와 상기 제2보조 증기 헤더(260)에서부터 공급되는 증기를 각각 제어하는 것으로, 상기 제1증기 밸브(251)와 상기 제2증기 밸브(261)를 통해 상기 제1보조 증기 헤더(250)와 상기 제2보조 증기 헤더(260)를 개폐할 수 있다.
상기 증기 공급부(230)에는 상기 제1보조 증기 헤더(250)에서 공급되는 증기의 압력을 측정할 수 있는 제1압력 전송기(252)와, 상기 제2보조 증기 헤더(260)에서 공급되는 증기의 압력을 측정할 수 있는 제2압력 전송기(262)가 구비될 수 있다.
상기 제1압력 전송기(252)와 상기 제2압력 전송기(262)를 통해 상기 제1보조 증기 헤더(250) 및 상기 제2보조 증기 헤더(260)의 압력이 각각 측정될 수 있다.
상기 증기 공급부(230)에는 증기의 압력을 측정할 수 있는 압력 전송기(231)와 상기 압력 전송기(231)에서 측정된 압력에 따라 증기의 압력을 조절할 수 있는 압력 제어 밸브(232)가 구비될 수 있으며, 상기 압력 제어 밸브(232)는 PID 제어될 수 있는 것이다.
상기 증기식 공기 히터(200)의 상기 증기 공급부(230)를 통해 상기 열교환부(220)로 증기가 공급될 때, 증기는 적정한 압력으로 감압되어야 한다. 상기 압력 제어 밸브(232)는 이를 위해 증기를 감압할 수 있는 것으로, 상기 압력 제어 밸브(232)는 상기 압력 전송기(231)에서 측정값을 통해 PID 제어될 수 있다.
PID 제어(proportional integral derivative control)는 제어 변수와 기준 값 사이의 오차에 근거하여 계통의 출력이 기준 값을 유지하도록 하는 피드백 제어로써, 상기 압력 제어 밸브(232)는 미리 지정된 압력값과 상기 압력 전송기(231)에서 측정된 압력값을 기준으로 PID 제어될 수 있는 것이다.
즉, 미리 지정된 압력값(상기 증기식 공기 히터(200)에 공급되는 증기 압력)은 기준 값이 되는 것이며, 상기 압력 전송기(231)에서 측정되는 값이 제어 변수가 되는 것으로, 상기 압력 제어 밸브(232)는 두 값의 오차에 근거하여 출력이 기준 값을 유지하도록 피드백 제어될 수 있는 것이다. 이를 위해 상기 압력 제어 밸브(232)에는 제어부가 구비될 수 있으며, 상기 제어부를 통해 상기 압력 제어 밸브(232)는 PID 제어될 수 있다.
상기 증기 공급부(230)에는 증기의 온도를 측정할 수 있는 온도 전송기(233)와 상기 온도 전송기(233)에서 측정된 온도에 따라 증기의 온도를 조절할 수 있는 과열 저감기(234)가 구비될 수 있으며, 상기 과열 저감기(234)는 PID 제어될 수 있는 것이다.
상기 증기식 공기 히터(200)의 상기 증기 공급부(230)를 통해 상기 열교환부(220)로 증기가 공급될 때, 증기는 적정한 온도로 유지되어야 한다. 상기 과열 저감기(234)는 이를 위해 증기의 온도를 조절할 수 있는 것으로, 상기 과열 저감기(234)는 상기 온도 전송기(233)에서 측정값을 통해 PID 제어될 수 있다.
PID 제어(proportional integral derivative control)는 제어 변수와 기준 값 사이의 오차에 근거하여 계통의 출력이 기준 값을 유지하도록 하는 피드백 제어로써, 상기 과열 저감기(234)는 미리 지정된 온도값과 상기 온도 전송기(233)에서 측정된 온도값을 기준으로 PID 제어될 수 있는 것이다.
즉, 미리 지정된 온도값(상기 증기식 공기 히터(200)에 공급되는 증기 온도)은 기준 값이 되는 것이며, 상기 온도 전송기(233)에서 측정되는 값이 제어 변수가 되는 것으로, 상기 과열 저감기(234)는 두 값의 오차에 근거하여 출력이 기준 값을 유지하도록 피드백 제어될 수 있는 것이다. 이를 위해 상기 과열 저감기(234)에는 제어부가 구비될 수 있으며, 상기 제어부를 통해 상기 과열 저감기(234)는 PID 제어될 수 있다.
상기 과열 저감기(234)는 토출수를 통해 증기의 온도를 조절할 수 있는 것으로, 상기 과열 저감기(234)에는 토출수 유입구(235)가 구비될 수 있다. 상기 토출수 유입구(235)에는 토출수의 압력을 측정할 수 있는 토출수 압력 전송기(236)가 구비될 수 있다.
상기 과열 저감기(234)에 유입되는 토출수는, 상기 토출수 압력 전송기(236)를 통해 압력이 측정되고 토출수 유입구(235)를 통해 상기 과열 저감기(234)로 유입된다.
상기 증기식 공기 히터(200)는 상기 스팀 트랩(240)에 연결되는 복수 드레인 탱크(241)를 더 포함할 수 있다. 상기 공기 공급부(210)를 통해 상기 열교환부(220)로 공급된 공기는 증기에 의해 가열되며, 공기를 가열한 증기는 복수 된다. 상기 스팀 트랩(240)은 증기에서 발생하는 복수를 모을 수 있는 것이며, 상기 스팀 트랩(240)은 증기에서 발생하는 복수 만을 상기 복수 드레인 탱크(241)에 배출할 수 있는 것이다.
상기 복수 드레인 탱크(241)는 복수를 저장할 수 있는 것으로, 상기 복수 드레인 탱크(241)에 저장된 복수는 복수기(242)를 거쳐 전량 회수되어 재사용될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기는 다음과 같이 작동될 수 있다.
상기 제1탱크(110)에서 가열된 공기는 상기 제1배관(120)을 통해 배출되며, 상기 제1배관(120)에서 분기된 상기 제2배관(140)과 상기 제3배관(160)을 통해 상기 제2탱크(130)로 공급된다.
발전소의 기동 단계에서는 보조 증기 사용이 불가능해짐에 따라 보조 증기 헤더에서 증기를 공급할 수 없으며, 이 경우 상기 제2배관(140)에 구비된 상기 전기식 공기 히터(150)를 통해 공기를 가열하여, 상기 제2탱크(130)에 공기를 공급한다.
이 경우, 도 5를 참조하면, 상기 제2배관(140)에 구비된 상기 제2입구 밸브(141)와 상기 제2출구 밸브(142)는 열리게 되며, 상기 제3배관(160)에 구비된 상기 제3입구 밸브(161)와 상기 제3출구 밸브(162)는 닫히게 된다. 또한, 상기 제1보조 증기 헤더(250)에 구비된 상기 제1증기 밸브(251)와 상기 제2보조 증기 헤더(260)에 구비된 상기 제2증기 밸브(261)도 닫히게 된다.
상기 전기식 공기 히터(150)는 상기 제어용 온도 스위치(152)에 의해 ON/OFF 제어될 수 있는 것으로, 이를 통해 출구단의 공기 온도를 지정된 온도(가령, 180도)로 제어한다.
발전소 출력이 상승한 정상운전 상태에서는 보조 증기 사용이 가능해짐에 따라 보조 증기 헤더로부터 증기를 공급받을 수 있게 되며, 이 경우 상기 제3배관(160)에 구비된 상기 증기식 공기 히터(200)를 통해 공기를 지정된 온도(가령, 180도)로 가열하여, 상기 제2탱크(130)에 공기를 공급한다.
이 경우, 도 5를 참조하면, 상기 제2배관(140)에 구비된 상기 제2입구 밸브(141)와 상기 제2출구 밸브(142)는 닫히게 되며, 상기 제3배관(160)에 구비된 상기 제3입구 밸브(161)와 상기 제3출구 밸브(162)는 열리게 된다.
이때, 상기 제1보조 증기 헤더(250)로부터 상기 증기식 공기 히터(200)로 증기를 공급하고자 할 때는, 상기 제1보조 증기 헤더(250)에 구비된 상기 제1증기 밸브(251)는 열리게 되고, 상기 제2보조 증기 헤더(260)에 구비된 상기 제2증기 밸브(261)는 닫히게 된다.
또한, 상기 제2보조 증기 헤더(260)로부터 상기 증기식 공기 히터(200)로 증기를 공급하고자 할 때는, 상기 제1보조 증기 헤더(250)에 구비된 상기 제1증기 밸브(251)는 닫히게 되고, 상기 제2보조 증기 헤더(260)에 구비된 상기 제2증기 밸브(261)는 열리게 된다.
상기 제1보조 증기 헤더(250)와 상기 제2보조 증기 헤더(260)는 선택적으로 사용될 수 있는 것으로, 상기 제2탱크(130) 내부의 겔의 건조 요구 시간이 짧은 경우에는, 압력과 온도가 상기 제1보조 증기 헤더(250) 보다 높은 상기 제2보조 증기 헤더(260)를 사용하여 공기 가열 온도를 유연하게 높여 내부 겔의 건조시간을 줄일 수 있다. 상기 제2탱크(130) 내부의 겔의 건조 요구 시간이 긴 경우에는 상기 제1보조 증기 헤더(250)를 사용하여 지속적으로 열을 공급할 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기의 상기 압력 제어 밸브(232)와 상기 과열 저감기(234)는 PID 제어 되는데, 상기 압력 제어 밸브(232)와 상기 과열 저감기(234)의 작동을 살펴보면 다음과 같다.
도 6을 참조하면, 상기 압력 제어 밸브(232)는 상기 제1증기 밸브(251)와 상기 제2증기 밸브(261)가 모두 닫힌 상태가 되면 강제로 닫히게 된다.(상기 제1증기 밸브(251)와 상기 제2증기 밸브(252)가 닫힌 상태는 상기 전기식 공기 히터(150)가 작동하고 있는 시점이다.)
또한, 상기 압력 제어 밸브(232)는 상기 제1보조 증기 헤더(250)로 상기 증기식 공기 히터(200)가 운전되는 동안, 상기 제1압력 전송기(252)로 측정된 상기 제1보조 증기 헤더(250)의 압력이 설정치보다 낮아지는 경우에 강제로 닫힐 수 있으며, 상기 압력 제어 밸브(232)는 상기 제2보조 증기 헤더(260)로 상기 증기식 공기 히터(200)가 운전되는 동안, 상기 제2압력 전송기(262)로 측정된 상기 제2보조 증기 헤더(260)의 압력이 설정치보다 낮아지는 경우에 강제로 닫힐 수 있다.
상기 압력 제어 밸브(232)를 통해 감압된 증기는 상기 과열 저감기(234)를 통해 토출수와 혼합되어 상기 증기식 공기 히터(200)에서 요구되는 온도로 제어된다.
상기 증기식 공기 히터(200)에서 상기 제2탱크(130)로 건조된 공기가 이동되는 배관에는 공기의 온도를 측정할 수 있는 제1온도 전송기(233a)가 구비될 수도 있으며, 상기 과열 저감기(234)는 상기 온도 전송기(233)와 상기 제1온도 전송기(233a)를 측정값으로 해서 PID 제어될 수도 있다.
상기 과열 저감기(234)는 상기 압력 제어 밸브(232)가 닫힌 상태이거나 상기 토출수 압력 전송기(236)에서 측정된 압력이 설정치보다 낮아지는 경우에 강제로 닫힐 수 있다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기는 전기식 공기 히터와 함께 발전소의 보조 증기를 사용하는 증기식 공기 히터를 사용하고, 증기식 공기 히터에서 사용된 증기가 복수 되어 복수기로 전량 회수됨에 따라 에너지 절감 효율이 향상되는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기는 증기식 공기 히터의 열원으로 독립적으로 구성되어 있는 제1보조 증기 헤더와 제2보조 증기 헤더를 선택적으로 사용함에 따라 열원을 다양화시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기는 종래의 발전소 공기 건조기와 달리 열원을 다양화시킴에 따라 공기 건조기의 운전 및 제어의 신뢰성, 설비 운전 유연성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이와 함께, 본 발명의 실시 예에 따른 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기는 전기식 공기 히터 대비 내구성이 우수한 증기식 공기 히터를 함께 사용함에 따라, 공기 건조기의 내구성을 향상시킬 수 있으며, 전기식 공기 히터만을 사용하는 종래의 발전소에 비해 소비 전력을 작게 하면서 유지 보수 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기는 압력 제어 밸브와 과열 저감기를 PID 제어함에 따라 제어 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
종래의 공기 건조기는 전기식 공기 히터만을 사용하기 때문에 ON/OFF 로 제어되는데, 도 7(a)를 참조하면, 단순하게 ON/OFF 로만 제어되는 경우 제어량이 목표값에 도달하지 않고 계속해서 진동하여 제어 신뢰성이 낮은 문제점이 있다.
그러나 도 7(b)를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기는 압력 제어 밸브와 과열 저감기를 PID 제어함에 따라 제어량을 신속하게 목표값에 도달시킬 수 있게 되고, 이를 통해 제어 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
110...제1탱크 120...제1배관
130...제2탱크 140...제2배관
141...제2입구 밸브 142...제2출구 밸브
150...전기식 공기 히터 151...코일
152...제어용 온도 스위치 160...제3배관
161...제3입구 밸브 162...제3출구 밸브
200...증기식 공기 히터 210...공기 공급부
220...열교환부 230...증기 공급부
231...압력 전송기 232...압력 제어 밸브
233...온도 전송기 234...과열 저감기
235...토출수 유입구 236...토출수 압력 전송기
240...스팀 트랩 241...복수 드레인 탱크
242...복수기 250...제1보조 증기 헤더
251...제1증기 밸브 252...제1압력 전송기
260...제2보조 증기 헤더 261...제2증기 밸브
262...제2압력 전송기

Claims (14)

  1. 발전소에 사용되는 공기 건조기에 있어서,
    유입된 공기를 건조시킬 수 있는 겔을 포함하는 제1탱크;
    상기 제1탱크에서 건조된 공기를 배출하는 제1배관;
    겔을 포함하는 제2탱크;
    상기 제1배관에서 분기되며, 상기 제2탱크에 상기 제1탱크의 공기를 공급할 수 있는 제2배관;
    상기 제1배관에서 분기되며, 상기 제2탱크에 상기 제1탱크의 공기를 공급할 수 있는 제3배관;을 포함하며,
    상기 제2배관에는 상기 제1탱크에서 건조된 공기를 전기 방식으로 가열할 수 있는 전기식 공기 히터가 구비되고,
    상기 제3배관에는 상기 제1탱크에서 건조된 공기를 증기를 사용하여 가열할 수 있는 증기식 공기 히터가 구비되며,
    상기 증기식 공기 히터는, 발전소의 보조 증기 헤더로부터 증기를 공급받으며,
    상기 제2배관에는,
    상기 제1배관에서 상기 전기식 공기 히터로 공급되는 공기를 차단할 수 있는 제2입구 밸브와,
    상기 전기식 공기 히터에서 상기 제2탱크로 공급되는 공기를 차단할 수 있는 제2출구 밸브가 구비되고,
    상기 제3배관에는,
    상기 제1배관에서 상기 증기식 공기 히터로 공급되는 공기를 차단할 수 있는 제3입구 밸브와,
    상기 증기식 공기 히터에서 상기 제2탱크로 공급되는 공기를 차단할 수 있는 제3출구 밸브가 구비되며,
    상기 전기식 공기 히터에는,
    상기 전기식 공기 히터를 통해 가열된 공기의 온도를 측정하며,
    공기의 온도에 따라 상기 전기식 공기 히터의 ON/OFF 작동을 조절할 수 있는 제어용 온도 스위치가 구비되는 것을 특징으로 하는 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 증기식 공기 히터는,
    공기와 증기를 열 교환시키는 열교환부와,
    상기 열교환부로 공기를 공급하는 공기 공급부와,
    상기 열교환부로 증기를 공급하는 증기 공급부와, 상기 열교환부에서 증기가 배출되는 스팀 트랩을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 증기 공급부에는,
    증기의 압력을 측정할 수 있는 압력 전송기와,
    상기 압력 전송기에서 측정된 압력에 따라 증기의 압력을 조절할 수 있는 압력 제어 밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 압력 제어 밸브는,
    미지 지정된 압력값과 상기 압력 전송기에서 측정된 압력값을 기준으로 PID(proportional integral derivative control) 제어되는 것을 특징으로 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 증기 공급부는,
    190도, 10 bar.g 의 증기를 공급하는 발전소의 제1보조 증기 헤더와,
    265도, 20 bar.g의 증기를 공급하는 발전소의 제2보조 증기 헤더와 연결되는 것을 특징으로 하는 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 증기 공급부에는,
    상기 제1보조 증기 헤더에서 공급되는 증기를 차단할 수 있는 제1증기 밸브와,
    상기 제2보조 증기 헤더에서 공급되는 증기를 차단할 수 있는 제2증기 밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 증기 공급부에는,
    상기 제1보조 증기 헤더에서 공급되는 증기의 압력을 측정할 수 있는 제1압력 전송기와,
    상기 제2보조 증기 헤더에서 공급되는 증기의 압력을 측정할 수 있는 제2압력 전송기가 구비되는 것을 특징으로 하는 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 증기 공급부에는,
    증기의 온도를 측정할 수 있는 온도 전송기와,
    상기 온도 전송기에서 측정된 온도에 따라 증기의 온도를 조절할 수 있는 과열 저감기가 구비되는 것을 특징으로 하는 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 과열 저감기는,
    미리 지정된 온도값과 상기 온도 전송기에서 측정된 온도값을 기준으로 PID(proportional integral derivative control) 제어되는 것을 특징으로 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기.
  13. 제5항에 있어서,
    상기 증기식 공기 히터는,
    상기 스팀 트랩에 연결되는 복수 드레인 탱크를 더 포함하며,
    상기 스팀 트랩은 증기에서 발생하는 복수 만을 상기 복수 드레인 탱크에 배출하는 것을 특징으로 하는 전기식 공기 히터와 증기식 공기 히터를 사용하는 발전소용 공기 건조기.
  14. 삭제
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Citations (4)

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