KR20010023223A - 증기 발생기 및 그 작동 방법 - Google Patents

증기 발생기 및 그 작동 방법 Download PDF

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칼 하인쯔 호르닝어
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Abstract

본 발명은 증기 발생기 및 그 작동 방법에 관한 것이다. 상기 증기 발생기의 고온 가스를 위한, 연장된 가스 연도(2)에 제 1(5, 9) 및 제 2(8) 증발기 가열 표면이 배치되어 있다. 급수용 제 1 공급 파이프는 제 1 증발기 가열 표면(5, 9)의 유입측에 흐름 가능하게 연결되어 있으며, 제 2 증발기 가열 표면(8)의 유입측과 배출측은 저압 드럼(7)에 연결되어 있다. 상기 저압 드럼(7)은 급수 공급 파이프(6)에 의해 제공된다. 제 1 공급 파이프(10)는 제 1 정화 스테이션(47)을 갖고, 제 2 공급 파이프(6)는 제 2 정화 스테이션(46)을 갖는다. 각각의 정화 스테이션은 물 정화용 화학 약품의 첨가 및/또는 제거하는 데 사용되므로, 각각의 증발기 가열 표면(5, 9, 8)은 적용 규정에 따라 컨디셔닝된 급수만을 포함할 수 있다.

Description

증기 발생기 및 그 작동 방법 {STEAM GENERATOR, ESPECIALLY WASTE HEAT RECOVERY STEAM GENERATOR AND METHOD FOR OPERATING SAID GENERATOR}
상기 방식으로 된 증기 발생기는 1997년 6월 2일 부터 5일까지 실린, Dechamps P J and Galopin, J-F.,"Once-Through Heat Recovery Steam Generators Working with Sub-and Supercritical Steam Conditions for Combined Cycles", ASME Paper 97-GT337, International Gas Turbine ＆ Aeroengine Congress ＆ Exhibition, Orlando, Florida의 7 페이지의 제 2 문단, 왼쪽 칼럼에 공지되어 있다.
연속작동 증기 발생기의 제 1 증발기 가열 표면을 포함하는 높은 압력 단계에서, 연도 가스의 온도가 높을 때 작동 압력 또한 확산 현상에 이르기까지 높아질 수 있다. 이에 따라 효율 개선이 이루어진다. 또한 고압 단계에서 제 1 증발기 가열 표면의 증기 배출시, 경우에 따라 비교적 얇은 벽으로 된, 수분 분리 실린더가 필요하기 때문에, 증발기의 빠른 스타트 시간 및 상기 증발기의 부하 변동에 대한 빠른 반응이 가능해진다.
저압 드럼을 갖는 제 2 증발기 가열 표면은 순환하면서 작동하며, 제 1 증발기 가열 표면을 통과한 후 가열 표면이 갖게 되는 낮은 온도를 이용한다. 또한 이에 따라 효율 개선이 이루어진다. 저압 드럼내의 낮은 압력 때문에, 상기 저압 드럼도 마찬가지로 얇은 벽을 가질 수 있다. 따라서 상기 저압 드럼은 증발기의 빠른 스타트 시간에도 또한 부하 변동에 대한 증발기의 빠른 반응에도 지장을 주지 않는다. 또한 제 2 증발기 가열 표면의 순환 흐름은 어떠한 불안정성도 가지지 않으며, 제 2 증발기 가열 표면을 부식시키지도 않는다.
그러나 연속 작동하는 제 1 증발기 가열 표면은 순환 작동하는 증발기 가열 표면과는 다른, 또한 저압 드럼의 유입구 및 배출구에 연결되어 있는 제 2 증발기 가열 표면과는 다른 급수 조건을 필요로 한다.
본 발명은 증기 발생기, 특히 고온 가스용 유입구 단부 및 냉각된 고온 가스용 배출구 단부를 가진, 연장된 가스 연도 및 제 1 증발기 가열 표면을 가진 폐열 증기 발생기에 관한 것이다. 상기 제 1 증발기 가열 표면은 유입측에 급수용 제 1 공급 파이프가 연결되어 있고 고온 가스의 흐름 방향에서 볼 때, 가스 연도에서 제 2 증발기 가열 표면 앞에 배치되어 있으며, 상기 제 2 증발기 가열 표면의 유입측 및 배출측은 제 2 급수 공급 파이프를 가진, 저압 드럼에 흐름 가능하게 연결되어 있다.
도 1 내지 도 3은 전기 발전소의, 결합된 가스 터빈-증기 터빈 장치의 개략도이다. 세 도면에서 동일한 부분은 동일한 도면 부호로 표시되어 있다.
본 발명의 목적은 연속 작동하는 제 1 증발기 가열 표면 및 순환 작동하는 제 2 증발기 가열 표면이 컨디셔닝된 급수만을 얻도록 하는 데 있다.
상기 목적을 해결하기 위해, 서두에 언급했던 방식의 증기 발생기는 청구항 제 1항의 특징부의 특성을 나타낸다. 제 1 공급 파이프의 제 1 정화 스테이션에 첨가 및/또는 제거되는 화학 약품에 의해, 제 1 증발기 표면을 위한 급수는 이에 필요한 조건에 따라 컨디셔닝 될 수 있는 반면, 제 2 증발기 가열 표면을 위한 급수는 제 2 공급 파이프의 제 2 정화 스테이션에 화학 약품을 첨가 및/또는 제거시킴으로써 이에 필요한 조건에 따라 컨디셔닝 될 수 있다. 따라서 두 공급 파이프는 동일한 공통 급수 공급 장치에 연결되어 있다. 상기 급수 공급 장치는 단일 배출 특성을 지닌 배출 급수, 예컨대 온수조, 급수 처리 장치 또는 응축물 탱크를 제공할 수 있다.
청구항 제 3항에 따른 증기 발생기의 개선예에서, 제 1 공급 파이프에서 제한된 급수가 제 2 증발기 가열 표면을 위해 2차 컨디셔닝 될 수 있다.
청구항 제 4항에 따른 증기 발생기의 개선예에서, 제 1 정화 스테이션에서 제 1 공급 파이프에 첨가된 화학 약품에 의해, 제 1 공급 파이프에 있는 급수가 양 증발기 가열 표면을 위해 1차 컨디셔닝된다. 제 2 정화 스테이션에서 제 2 공급 파이프에 첨가된 화학약품에 의해 양 증발기 가열 표면을 위해 1차 컨디셔닝된, 제 1 공급 파이프로부터 나온 급수가 제 2 증발기 가열 표면을 위해 2차 컨디셔닝된다. 최종적으로 제 3 정화 스테이션에서, 이미 양 증발기 가열 표면을 위해 1차 컨디셔닝된, 제 1 공급 파이프에 있는 급수는 화학 약품을 추가 첨가함으로써 제 1 증발기 가열 표면을 위해 2차 컨디셔닝된다.
청구항 제 5항에 따른 증기 발생기의 개선예에서, 제 1 증발기 가열 표면을 위한 급수는 제 1 정화 스테이션에서 화학 약품을 첨가함으로써 컨디셔닝 될 수 있으며, 제 2 증발기 가열 표면을 위한 급수는 제 2 정화 스테이션에서 화학 약품을 첨가함으로써 정확히 컨디셔닝될 수 있다.
청구항 제 6항에 있는 배출 가스 용기는 바람직한 방식으로, 급수용 제 2 공급 파이프를 갖춘 저압 드럼에 결합될 수 있다.
청구항 제 7항은 발명에 따른 증기 발생기 작동을 위한 바람직한 방법을 제공한다. 청구항 제 8항은 제 3항에 따른 증기 발생기를 위한 방법의 변형이고, 제 9항은 제 4항에 따른 증기 발생기의 변형이며, 제 10항은 제 5항에 따른 증기 발생기의 변형이다.
본 발명 및 그 장점은 도면에 의해 더 자세히 설명될 것이다.
도 1에 따른 장치는 연장된 가스 연도(2)를 가진 폐열 증기 발생기를 가지고 있다. 상기 가스 연도는 유입구 단부(3) 및 배출구 단부(4)를 가진다. 이러한 가스 연도(2) 내에서 세 개의 증발기 가열 표면(9, 5, 8)이 나타난다. 상기 가열 표면(9, 5, 8)은 가스 연도(2)내에서 유입구 단부(3)에서 배출구 단부(4)로 흐르는 고온 가스의 흐름 방향에서 볼 때, 연속적으로 배치되어 있다. 증발기 가열 표면(8)은 가스 연도의 배출구 단부(4)에, 증발기 가열 표면(9)은 유입구 단부(3)에 가장 인접하게 위치하고 있다. 증발기 가열 표면(5)은 양쪽의 증발기 가열 표면(8, 9)의 사이에 위치하고 있다.
증발기 가열 표면(8)은 유입구(8a) 및 배출구(8b)에 의해 저압 드럼에 연결되어 있다. 상기 저압 드럼(7)에 급수용 공급 파이프(6)가 제공된다. 또한 상기 저압 드럼(7)으로부터 저압-증기 파이프(41)가 나온다. 상기 저압-증기 파이프는 양쪽의 증발기 가열 표면(5, 8) 사이에 배치되어 있는 과열 가열 표면(26)을 포함한다. 각각의 증발기 가열 표면(5, 9)에 스타팅 버틀(starting bottle)(27, 28)이 배치되어 있으며, 상기 스타팅 버틀의 옆에 증발기 가열 표면(5, 9)으로부터 나온 증기 파이프(29, 30)가 연결되어 있다.
증발기 가열 표면(5, 9)의 각각의 유입구로 제공되며 워터 펌프(31, 32)를 포함하는, 역류 파이프(31a, 32a)가 각각의 스타팅 버틀(27, 28)의 바닥으로부터 뻗어나온다. 상기 역류 파이프를 통해, 각각의 스타팅 버틀(27, 28)에서 정련된 응결수가 펌프 작용에 의해 각각의 증발기 가열 표면의 유입구에 역방향으로 제공된다.
증발기 가열 표면(9)에 배치된 스타팅 버틀(28)로부터 나온, 고압-증기 파이프(33)는 과열기 가열 표면(34)을 포함하며, 상기 과열기 가열 표면(34)은 폐열 증기 발생기의 가스 연도(2)내, 증발기 가열 표면(9)과 가스 연도(2)의 유입구 단부(3) 사이에 있다. 추가 증기 파이프(35)는 한편으로 증발기 가열 표면(5)에 배치되어 있는 스타팅 버틀(27)로부터 나온다. 상기 증기 파이프(35)는 양 증발기 가열 표면(5, 9) 사이의 가스 연도(2)에 배치되어 있는, 과열기 가열 표면(35a)을 포함한다. 상기 증기 파이프(35)는 다른 한편으로 증기 터빈(36) 고압부의 증기 배출구(36b)로부터 나오며, 상기 증기 터빈(36)의 증기 유입구(36a)에 스타팅 버틀(28)로부터 나온 고압-증기 파이프(33)가 제공된다. 상기 증기 파이프(35)는 과열기 가열 표면(38)을 포함하며, 상기 과열기 가열 표면(38)은 흐름 방향으로 볼 때 과열기 가열 표면(35a) 및 증기 배출구(36b) 다음에 연결되어 있으면서, 가스 연도(2)내 가스 연도(2)의 유입구 단부(3)와 증발기 가열 표면(9) 사이에 위치한다. 상기 과열기 가열 표면(38)으로부터, 증기 파이프(35)의 중압부에 있는 증기 유입부(36c)로 증기 파이프(35)가 제공된다. 증기 터빈(37)의 중압부에 있는 증기 배출구(36d)는 증기 파이프(40)에 의해, 증기 터빈(36)의 양 저압부에 있는 증기 유입구(36e)와 흐름에 맞게 연결되어 있다. 또한 저압 드럼(7)으로부터 나오며 과열기 가열 표면(26)을 포함하고 있는, 저압-증기 파이프(41)가 상기 증기 유입구(36e)로 제공된다. 과열기 가열 표면(26)은 가스 연도(2)내 양 증발기 가열 표면(5, 8) 사이에 배치되어 있다. 증기 터빈(36)의 저압부에 있는 두 개의 증기 배출구(36f, 36g)로부터 배기 파이프(42)가 나오며, 상기 배기 파이프(42)는 응축기(11)로 제공된다.
상기 응축기(11)로부터, 응축수 정화 장치 및 가스 연도(2)내에 있는 예열 가열 표면(12a)을 갖는 응축수 펌프(43)와 상기 예열 가열 표면(12a) 다음에 연결된 고압/중압-급수 펌프(44)를 포함하는, 급수용 공급 파이프(10)가 가스 연도(2)에 있는 증발기 가열 표면(5, 9)의 유입측으로 제공된다. 상기 예열 가열 표면(12a)은 연도 가스(2)내, 가스 연도(2)와 증발기 가열 표면(8) 사이에 배치되어 있다. 급수용 공급 파이프(10)에 있는 각각의 급수용 예열 가열 표면(12b, 12c)은 각각의 증발기 가열 표면(5, 9) 유입구측에 흐름에 맞게 연결된다. 상기 예열 가열 표면(12b, 12c)은 가스 연도(2)내, 증발기 가열 표면(8)과 증발기 가열 표면 사이에 배치된다. 예열 가열 표면(12a)에서 생기는 급수의 온도 상승을 위해, 예열 가열 표면(12a)의 배출구로부터 유입구로 급수를 재펌핑할 수 있는 순환 펌프(12d)가 예열 가열 표면(12a)과 평행하게 연결되어 있다.
급수용 공급 파이프(6)는 저압 드럼(7)으로 제공되어서, 흐름 방향으로 볼 때 가열 표면(12a) 및 순환 펌프(12d)의 뒤에서, 그리고 고압-저압-급수 펌프(44) 앞에서 급수용 공급 파이프(10)에 연결되어 있다. 예컨대 연결 파이프인 정화 스테이션(46)은 흐름 방향으로 볼 때 급수용 공급 파이프(10)에 연결되어 있는 급수 파이프(6)의 정화 스테이션 뒤에서, 공급 파이프(6)에 위치한다.
예컨대 연결 파이프인 다른 정화 스테이션(47)은 가스 연도(2)의 외부에서, 응축수 펌프(43)와 순환 펌프(12d) 앞에 있는 예열 가열 표면(12a) 사이의 공급 파이프(10)에 위치한다.
가스 연도(2)의 유입구 단부(3)에 가스 터빈으로부터 배출되는 고온 가스용 파이프(63)가 제공된다. 가스 터빈(64)의 유입구에 상기 가스 터빈(64)과 연속적으로 연결된 압축기(66)를 갖는 연소실(65)이 배치되어 있다. 가스 터빈(64) 뿐만 아니라 증기 터빈(37)도 각각의 전기 제너레이터(G)를 구동시킨다.
정화 스테이션(47)에서, 급수는 NH3및 O2를 첨가함으로써 증발기 가열 표면(5, 9)에 적용되는 규정 조건에 맞게 된다. 정화 스테이션(46)에서의 급수의 배출, O2의 제거 그리고 NH3의 첨가에 의해, 저압 드럼(7)에 제공된 급수는 증발기 가열 표면(8)을 위한 규정 조건에 맞게 된다.
배기 파이프(exhaust steam pipe)(42)를 통해 증기 터빈(37)에서 배출된 배기는 응축수 정화 장치(43)에서 가스가 제거된 응축수를 위한 응축기(11)에 침전된다.
정화 스테이션(47)에서, 급수의 pH-값은 8.5이고, O2함량은 50 내지 100 ppb가 된다. 저압 드럼(7)에 속하면서 정화 스테이션(46)에 배치되어 있는, 가열된 탈기 용기에서 저압 드럼에 제공된 급수의 O2함량은 대략 20 ppb로 감소된다. 또한 정화 스테이션(46)에서, 저압 드럼(7)에 제공되는 급수에 계량된 NH3가 첨가됨으로써, 급수의 pH-값은 최종적으로 9 내지 9.5로 증가된다.
도 2의 결합된 가스 터빈-증기 터빈 장치는 물 정화용 화학 약품의 첨가 및/또는 제거를 위한, 두 개의 정화 스테이션(46, 47) 이외에 제 3의 정화 스테이션(48)을 가짐으로써, 도 1에 따른 장치와는 구별된다. 예컨대 연결 파이프인, 상기 정화 스테이션(48)은 급수용 제 1 공급 파이프(10)에서, 흐름 방향에서 볼 때 제 2 공급 파이프(6)의 연결 지점 뒤에, 그리고 고압/중압-급수 펌프(44) 및 증발기 가열 표면(5, 9)의 앞에 위치하고 있다.
도 2의 정화 스테이션(47)에서 급수에 NH3를 첨가함으로써, 상기 급수는 미리 조건에 맞게 된다. 정화 스테이션(46)에서 급수는 NH3의 추가 첨가에 의해 조건에 맞게 됨으로써, 증발기 가열 표면(8)을 위한 규정에 따르게 된다. 정화 스테이션(48)에서 급수는 O2의 첨가에 의해 조건에 맞게 되며, 증발기 가열 표면(5, 9)을 위한 규정을 따르게 된다. 어떠한 지점(46, 47, 48)에서도 화학 약품 제거는 필요가 없으며, 가스 제거도 마찬가지로 필요하지 않다.
도 3에 따른 결합된 가스 터빈-증기 터빈 장치는 도 1에 따른 장치와 구별된다. 도 3에 따른 장치에서, 제 2 공급 파이프(6)는 가스 연도(2) 내에 배치된 제 2 예열 가열 표면(13)을 포함하고, 흐름 방향에서 볼 때 제 1 정화 스테이션(47)과 응축수 펌프(43) 사이의 제 1 공급 파이프(10)서 제 1 예열 가열 표면(12a) 앞의 연결 지점에 연결되어 있다. 제 2 정화 스테이션(46)은 제 2 공급 파이프(6)에서 흐름 방향으로 볼 때 제 2 예열 가열 표면(13) 앞에 제공된다. 제 1 정화 스테이션(47)에서 NH3및 O2를 첨가함으로써 응축수 펌프(43)로부터 배출된 급수는 증발기 가열 표면(5, 9)을 위한 규정을 정확히 따를 수 있게 되고, 정화 스테이션(46)에서 NH3를 첨가함으로써 증발기 가열 표면(8)을 위한 규정 조건을 정확히 따르게 된다.
그러나 흐름 방향에서 볼 때 제 1 공급 파이프(10)에 연결된, 제 2 공급 파이프(6)의 연결 지점 뒤에서 예열 가열 표면(13)과 평행하게, 예열 가열 표면(13)의 배출구에서 유입구로 급수를 재펌핑할 수 있는 순환 펌프(13d)가 놓여 있음으로써, 상기 예열 가열 표면(13)에 유입되는 급수 온도가 상승된다.
도 1 내지 도 3에 따른 장치에서 응축수 펌프(43)를 가진 응축기(11)는 균일한 배출 특성을 갖는 배출 급수가 배출되는, 공통의 급수 공급 장치이며, 상기 배출 급수는 결국 상이한 조건에 따라 한편으로는 증발기 가열 표면(5)에, 다른 한편으로는 증발기 가열 표면(8)에 제공된다.

Claims (10)

  1. 고온 가스용 유입구 단부(3) 및 냉각된 고온 가스용 배출구 단부(4)를 가진 길게 연장된 가스 연도(2), 제 1 증발기 가열 표면(5, 9)을 포함하고, 상기 제 1 증발기 가열 표면(5, 9)의 유입측에 급수용 제 1 공급 파이프(10)가 연결되어 있고, 고온 가스의 흐름 방향에서 볼 때 가스 연도(2)에서 제 2 증발기 가열 표면(8) 앞에 배치되어 있으며, 상기 제 2 증발기 가열 표면(8)의 유입측 및 배출측은 제 2 급수 공급 파이프(6)를 가진 저압 드럼(7)에 흐름 가능하게 연결되어 있는 증기 발생기, 특히 폐열 증기 발생기에 있어서,
    제 1 공급 파이프(10)가 물 정화용 화학 약품을 첨가 및/또는 제거하기 위한 제 1 정화 스테이션(47)을 가지고, 제 2 공급 파이프(6)가 물 정화용 화학 약품을 첨가 및/또는 제거하기 위한 제 2 정화 스테이션(46)을 갖는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
  2. 제 1항에 있어서,
    제 1 공급 파이프(10)는 가스 연도(2) 내에 배치되어 있는 예열 가열 표면(12a)을 포함하며, 제 2 공급 파이프(6)는 흐름 방향으로 볼 때 예열 가열 표면(12a)과 증발기 가열 표면(5, 9) 사이의 연결 지점에서 제 1 공급 파이프(10)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
  3. 제 2항에 있어서,
    제 1 공급 파이프(10)는 흐름 방향으로 볼 때 예열 가열 표면(12a) 앞에, 물 정화용 화학 약품을 첨가 및/또는 제거하기 위한 제 1 정화 스테이션(47)을 가지며, 제 2 공급 파이프(6)는 흐름 방향으로 볼 때 제 1 공급 파이프(10)와의 연결 지점 뒤에, 물 정화용 화학 약품을 첨가 및/또는 제거하기 위한 제 2 정화 스테이션(46)을 갖는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
  4. 제 3항에 있어서,
    제 1 공급 파이프(10)가 흐름 방향으로 볼 때 제 2 공급 파이프(6)의 연결 지점 뒤 그리고 증발기 가열 표면(5, 9) 앞에, 급수 정화용 화학 약품을 첨가 및/또는 제거하기 위한 제 3 정화 스테이션(48)을 갖는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
  5. 제 1항에 있어서,
    제 1 공급 파이프(10)가 가스 연도(2) 내에 배치되어 있는, 제 1 예열 가열 표면(12a)을 포함하며, 제 2 공급 파이프(6)는 가스 연도(2) 내에 배치된 제 2 예열 가열 표면(13)을 포함하고, 제 1 예열 가열 표면(12a) 앞에 있는 제 1 연결 지점에서 제 1 공급 파이프(10)에 연결되어 있으며,
    제 1 공급 파이프(10)가 흐름 방향으로 볼 때 제 1 예열 가열 표면(12a)의 앞 그리고 제 1 연결 지점의 뒤에서, 물 정화용 화학 약품을 첨가 및/또는 제거하기 위한 제 1 정화 스테이션(47)을 갖고,
    물 정화용 화학 약품을 첨가 및/또는 제거하기 위한 제 2 정화 스테이션(46)이 제 2 공급 파이프에서 흐름 방향으로 볼 때 제 2 예열 가열 표면(13)의 앞에 제공되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
  6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 정화 스테이션이 급수로부터 가스 형태의 화학 약품을 제거하는 탈기 용기를 갖는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
  7. 제 1 및/또는 제 2 정화 스테이션(46, 47)에서 NH3,O2중 적어도 하나의 화학 약품이 첨가 및/또는 제거되는 것을 특징으로 하는 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 증기 발생기 작동 방법.
  8. 제 1 정화 스테이션(47)에서 NH3및 O2가 첨가되고, 제 2 정화 스테이션(46)에서 NH3가 첨가되고 O2가 제거되는 것을 특징으로 하는 제 3항에 따른 증기 발생기 작동 방법.
  9. 제 1 및 제 2 정화 스테이션(46, 47)에서 NH3가, 그리고 제 3 정화 스테이션(48)에서 O2가 첨가되는 것을 특징으로 하는 제 4항에 따른 증기 발생기 작동 방법.
  10. 제 1 정화 스테이션(47)에서 NH3및 O2가, 그리고 제 2 정화 스테이션(46)에서 NH3가 첨가되는 것을 특징으로 하는 제 5항에 따른 증기 발생기 작동 방법.
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