KR20010052698A - 화석 연료 증기 발생기 - Google Patents

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KR20010052698A
KR20010052698A KR1020007013954A KR20007013954A KR20010052698A KR 20010052698 A KR20010052698 A KR 20010052698A KR 1020007013954 A KR1020007013954 A KR 1020007013954A KR 20007013954 A KR20007013954 A KR 20007013954A KR 20010052698 A KR20010052698 A KR 20010052698A
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칼 하인쯔 호르닝어
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Abstract

본 발명은 화석 연료 증기 발생기에 관한 것이다. 상기 증기 발생기(2)는 화석 연료(B)용 연소 챔버(4)를 포함하며, 가열 가스측으로 볼 때 상기 증기 발생기(2)의 하부에는 수평 가스 추출 장치(6)에 의해 수직 가스 추출 장치(8)가 연결된다. 본 발명의 목적은 특히 적은 제조 및 설치 비용을 갖는 증기 발생기를 제공하는 것이다. 이를 위해, 상기 연소 챔버(4)는 다수의 버너(30)를 가지며, 상기 버너(30)는 수평 가스 추출 장치(6)의 높이에 배치된다.

Description

화석 연료 증기 발생기 {FOSSIL FUEL FIRED STEAM GENERATOR}
증기 발생기는 통상적으로, 증발기 순환계로 가이드된 흐름 매체, 예컨대 물-물/증기-혼합물을 증발시키는데 사용된다. 이를 위해, 상기 증기 발생기는 증발기 파이프를 가지며, 상기 증발기 파이프가 가열됨으로써 그속에 가이드된 흐름 매체는 증발된다.
증기 발생기는 통상적으로 수직 구조의 연소 챔버에 의해 형성된다. 이는, 상기 연소 챔버가 가열된 매체 또는 가열 가스의 관류를 위해 거의 수직 방향으로 설계된다는 것을 의미한다. 여기서, 가열 가스측으로 볼 때 연소 챔버의 하부에는 수평 가스 추출 장치가 연결되며, 상기 연소 챔버로부터 수평 가스 추출 장치로 이행할 때 가열 가스 흐름은 거의 수평 흐름 방향으로 편향될 수 있다. 이러한 수직 구조의 연소 챔버는 온도에 따른 연소 챔버의 길이 변경으로 인해 연소 챔버가 매달려있는 장치를 요구한다. 이는 증기 발생기의 제조 및 설치시 매우 높은 기술적 비용을 요구하며, 상기 증기 발생기는 크면 클수록 증기 발생기의 전체 높이도 더 커진다.
본 발명은 화석 연료용 연소 챔버를 갖는 증기 발생기에 관한 것이며, 가열 가스측으로 볼 때 상기 증기 발생기의 하부에는 수평 가스 추출 장치에 의해 수직 가스 추출 장치가 연결된다.
본 발명의 실시예는 하기의 도면에 의해 더 자세히 설명된다.
도 1은 두 개의 추출 장치를 갖는, 화석 연료 증기 발생기의 개략적인 측면도,
도 2는 개별 증발기 또는 증기 발생기 파이프의 개략적인 종단면도, 및
도 3은 커브(K1내지 K6)를 갖는 좌표계.
모든 도면에서 서로 상응하는 부분들은 동일한 도면 부호를 갖는다.
본 발명의 목적은 특히 적은 제조 및 설치 비용을 필요로하는, 서두에 언급된 방식의 화석 연료 증기 발생기를 제조하는데 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 상기 연소 챔버가 수평 가스 추출 장치의 높이에 배치된 다수의 버너를 가짐으로써 달성된다.
본 발명은, 특히 적은 제조 및 설치 비용에 의해 조절될 수 있는 증기 발생기가 간단한 수단으로 실행가능한 고정 구조를 가져야만 한다는 숙고로부터 출발한다. 비교적 적은 기술적 비용에 의해 제조될 수 있는, 연소 챔버를 매달기 위한 장치는 특히 적은 전체 높이를 갖는 증기 발생기와 결부되어 있다. 상기 증기 발생기의 특히 적은 높이는, 연소 챔버가 수평 구조로 실행됨으로써 달성될 수 있다. 여기서, 수평 가스 추출 장치의 높이에 있는 버너는 연소 챔버의 벽 내에 배치된다. 따라서, 상기 연소 챔버는 증기 발생기의 작동시 가열 가스의 거의 수평 방향으로 관류된다.
바람직하게는, 상기 버너는 연소 챔버의 정면에, 또한 연소 챔버의 측벽에 배치되며, 이때 상기 연소 챔버는 수평 가스 추출 장치에 대한 배출 개구에 마주놓여있다. 상기 방식으로 형성된 증기 발생기는 특히 간단한 방식으로 연료의 소각 길이에 매칭될 수 있다. 상기 연료의 소각 길이는 정해진 평균 연도 가스 온도에서 화석 연료의 소각 시간(tA)과 수평 방향의 연도 가스 속도를 곱한 값이다. 각각의 증기 발생기에 대한 최대의 소각 길이는 증기 발생기의 전부하 작동시 나타난다. 상기 소각 시간(tA)은 또한 정해진 평균 연도 가스 온도에서 완전히 소각시키기 위해 예컨대 평균 크기의 탄진 입자를 필요로하는 시간이다.
수평 가스 추출 장치의 재료의 결함 및 예컨대 재의 유입으로 인한 오염을 적게 유지시키기 위해, 수평 가스 추출 장치의 정면에서부터 유입 영역까지의 간격에 의해 정해진 연소 챔버의 길이는 바람직하게 증기 발생기의 전부하 작동시 화석 연료의 소각 길이와 적어도 동일하다.
상기 연소 챔버의 길이(L)(m으로 표시됨)는 본 발명의 바람직한 실시예에서 연소 챔버의 BMCR 값(W)(kg/s로 표시됨), 화석 연료의 소각 시간(tA)(s로 표시됨), 및 연소 챔버로부터 나온 작동 매체의 배출 온도(TBRK)(℃로 표시됨)의 함수로서 선택된다. BMCR은 보일러에 매겨지는 최대의 연속 정격을 나타내고 BMCR 값은 국제적으로 통용된 증기 발생기의 최대 연속 출력에 대한 개념이다. 이는 또한 설계된 출력, 다시 말해 증기 발생기의 전부하 작동시 출력에 상응한다. 여기서, 연소 챔버의 길이(L)에 대해 주어진 BMCR 값(W)에서 근사치로서 하기의 함수에서 더 큰 값이 적용된다. 즉,
L(W, tA)=(C1+C2·W)·tA이고,
L(W, TBRK)=(C3·TBRK+C4)W+C5(TBRK)2+C6·TBRK+C7일때,
C1= 8m/s이고,
C2= 0.0057m/kg 이며,
C3= -1.905·10-4(m·s)/(kg℃) 이고,
C4= 0.2857(s·m)/kg 이며,
C5= 3·10-4m/(℃)2이고,
C5= -0.8421 m/℃ 이며,
C7= 603.4125 m 이다.
"근사치"라는 말은 개별 함수에 의해 정해진 값으로부터 +20%/-10% 만큼 허용 편차가 발생한다는 것을 의미한다.
상기 연소 챔버의 정면과 측벽, 수평 가스 추출 장치 및/또는 수직 가스 추출 장치의 측벽은 바람직하게는 기밀 방식으로 서로 용접되어, 수직으로 배치된 흐름 매체가 평행하게 공급될 수 있는 각각의 증발기 또는 증기 발생기 파이프로서 형성된다.
증발기 파이프 내로 가이드된 흐름 매체에서 연소 챔버의 열을 특히 적절하게 전달하기 위해, 바람직하게 다수의 증발기 파이프는 그 내측에서 각각 다층의 나사선을 형성하는 리브를 갖는다. 여기서, 바람직하게는 파이프 축에 대해 수직인 평면과 파이프 내측에 배치된 리브의 플랭크 간의 기울기각(α)은 60。보다 작고, 바람직하게는 55。보다 작다. 내부 리브없는 증발기 파이프, 소위 플레인 파이프로서 실행된 가열된 증발기 파이프에서 파이프벽의 습윤에 대해 정해진 증기 함량은 더이상 유지될 수 없다. 습윤이 결핍된 상태에서는 곳곳에 건식된 파이프 벽이 존재할 수 있다. 상기와 같이 건식될 파이프 벽으로의 이행에 따라, 열 전달의 크라이시스(crisis)의 형태로 특히 제한된 열 전달비가 나타남으로써, 통상적으로 이러한 지점에서 파이프벽의 온도는 특히 강하게 증가한다. 그러나, 내부 리브의 파이프에는 플레인 파이프와 비교해볼 때 열 전달의 크라이시스가 0.9 이상의 증기 질량 함량에서, 다시 말해 증기의 단부 바로 앞에서 나타난다. 이는 나선형 리브를 통한 선회에 의한 것이다. 상이한 원심력으로 인해, 물이 증기 부분으로부터 분리되어 파이프 벽에 가압된다. 이를 통해, 파이프 벽은 높은 증기 함량을 가질 정도로 습윤을 유지함으로써, 열 전달의 크라이시스 장소에서 이미 높은 흐름 속도가 존재하게 된다. 이는 특히 적절한 열 전달 및 결과적으로 낮은 파이프벽 온도를 야기한다.
인접한 증발기 또는 증기 발생기 파이프는 바람직하게는 금속 밴드, 소위 핀에 의해 기밀 방식으로 서로 용접된다. 상기 핀의 폭은 증기 발생기 파이프 내로의 열 유입에 영향을 미친다. 따라서, 상기 핀의 폭은 바람직하게는 증기 발생기 내의 개별 증발기 또는 증기 발생기 파이프의 위치에 따라 가스측에 미리 제공될 수 있는 온도 분포에 매칭된다. 여기서, 온도 분포는 실험계수부터 검출된 전형적인 온도 분포이거나, 또는 예컨대 단계적 분포와 같은 대략적인 평가가 미리 제공될 수 있다. 적절하게 선택된 핀의 폭에 의해 상이한 증발기 또는 증기 발생기 파이프의 매우 불균일한 가열시 모든 증발기 또는 증기 발생기 파이프 내로의 열 유입은, 증발기 또는 증기 발생기 파이프의 배출구에서 나타나는 온도 차가 특히 적게 유지되도록 달성될 수 있다. 이러한 방식으로 예상보다 이른 재료의 피로가 확실히 방지된다. 이를 통해, 상기 증기 발생기는 특히 긴 수명을 갖는다.
본 발명의 부가의 바람직한 실시예에서, 연소 챔버의 증발기 파이프의 내부 직경은 연소 챔버 내의 증발기 파이프의 개별 위치에 따라 선택된다. 이러한 방식으로 상기 연소 챔버 내의 증발기 파이프는 가스측에 미리 제공될 수 있는 온도 분포에 매칭될 수 있다. 이에 따라 야기된 증발기 파이프의 관류에 대한 영향에 의해, 연소 챔버의 증발기 파이프의 배출구에서 특히 온도 차가 적게 유지된다.
바람직하게는 흐름 매체용 연소 챔버의 증발기 파이프의 상부에는 공동의 유입 컬렉터 시스템이 연결되고, 하부에는 공동의 배출 컬렉터 시스템이 연결된다. 이 실시예에서 실행된 증기 발생기는 평행하게 연결된 증발기 파이프와 특히 균일한 관통구 간의 확실한 압력 균등을 가능하게 한다.
연소 챔버의 정면의 증발기 파이프는 바람직하게는 흐름 매체측으로 볼 때 연소 챔버의 측벽의 증발기 파이프의 상부에 연결된다. 이를 통해, 버너의 열이 특히 바람직하게 이용될 수 있다.
수평 가스 추출 장치에는 바람직하게 다수의 과열 표면이 배치되고, 상기 표면은 가열 가스의 주 흐름 방향에 대해 거의 수직으로 배치되고 상기 과열 표면의 파이프는 흐름 매체의 관류를 위해 평행하게 연결된다. 매달려있는 구조로 배치된, 격벽 가열 표면으로 지칭되는 과열 표면은 주로 대류에 의해 가열되고 흐름 매체 측으로 볼 때 연소 챔버의 증발기 파이프의 하부에 연결된다. 이를 통해, 버너의 열이 특히 바람직하게 이용될 수 있다.
바람직하게는 상기 수직 가스 추출 장치는 다수의 대류성 가열 표면을 가지며, 상기 표면은 가열 가스의 주 흐름 방향에 대해 거의 수직으로 배치된 파이프로서 형성된다. 상기 파이프는 흐름 매체의 관류를 위해 평행하게 연결된다. 또한 상기 대류성 가열 표면은 주로 대류에 의해 가열된다.
또한 가열 가스의 열을 특히 완전하게 이용하기 위해, 상기 수직 가스 추출 장치는 바람직하게는 이코노마이저 또는 고압 예열기를 갖는다.
본 발명에 의해 달성된 장점은 특히, 수평 가스 추출 장치의 높이에 버너가 배치됨으로써 증기 발생기의 특히 낮은 높이가 달성될 수 있다는 데 있다. 따라서, 증기 터빈 장치 내에 증기 발생기를 배치함으로써 증기 발생기에서부터 증기 터빈 까지의 연결 파이프는 특히 짧아질 수 있다. 거의 수평 방향으로 가열 가스가 관류하도록 연소 챔버를 설계함으로써, 증기 발생기의 특히 복잡한 구조가 제공된다. 여기서, 연소실의 전체 높이는 화석 연료의 열이 특히 바람직하게 이용될 수 있도록 설계된다.
도 1에 따른 화석 연료 증기 발생기(2)는 수평 구조로 형성되고 바람직하게는 연속 흐름 증기 발생기로서 실행된다. 상기 증기 발생기(2)는 연소 챔버(4)를 포함하며, 상기 연소 챔버(4)의 하부에는 가열측으로 볼 때 수평 가스 추출 장치(6)에 의해 수직 가스 추출 장치(8)가 연결된다. 상기 연소 챔버(4)의 정면(9) 및 측벽(10a)은 기밀 방식으로 서로 용접되어, 평행하게 흐름 매체(S)가 공급될 수 있는 수직으로 배열된 증발기 파이프(11)로 형성된다. 부가로 상기 수평 가스 추출 장치(6)의 측벽(10b) 또는 수직 가스 추출 장치(8)의 측벽(10c)은 기밀 방식으로 서로 용접되어, 수직으로 배열된 증기 발생기 파이프(12a 또는 12b)로 형성된다. 이 경우, 상기 증발기 파이프(12a, 12b)에는 마찬가지로 각각 흐름 매체(S)가 평행하게 공급될 수 있다.
상기 증발기 파이프(11)의 내측에는 -도 2에 도시된 바와 같이- 리브(40)가 제공되며, 상기 리브(40)는 다형의 나사선을 형성하며 그리고 리브 높이(R)를 갖는다. 여기서, 파이프축에 대해 수직인 평면(41)과 파이프 내측에 배치된 리브(40)의 플랭크(42) 간의 기울기각(α)은 55。보다 작다. 따라서, 연소 챔버(4)의 열로부터 증발기 파이프(11) 내로 가이드된 흐름 매체(S)로의 특히 높은 열 전달은 파이프 벽의 특히 낮은 온도에서 달성된다.
인접한 증발기 또는 증기 발생기 파이프(11, 12a, 12b)는 도 1에 자세히 도시되지 않은 방식으로 핀에 의해 기밀 방식으로 서로 용접된다. 핀 폭의 적합한 선택에 의해 증발기 또는 증기 발생기 파이프(11, 12a, 12b)의 가열 상태가 달라진다. 따라서, 각각의 핀의 폭은 개별 증발기 또는 증기 발생기 파이프(11, 12a, 12b)가 증기 발생기 내에서 어디에 위치하느냐에 따라 가스측에 미리 정해진 온도 분포에 매칭된다. 여기서, 상기 온도 분포는 실험계수로부터 검출된 전형적인 온도 분포이거나, 또는 근사치일 수 있다. 이를 통해, 증발기 또는 증기 발생기(11, 12a, 12b)의 배출구에서 나타나는 온도차는 증발기 또는 증기 발생기 파이프(11, 12a, 12b)의 매우 상이한 가열시 특히 작게 유지된다. 이러한 방식으로 재료의 피로가 확실히 방지됨으로써, 증기 발생기(2)의 수명이 확실히 길어진다.
상기 연소 챔버(4)의 증발기 파이프(11)의 파이프 내부 직경(D)은 상기 연소 챔버(4) 내에서 각각의 증발기 파이프(11)가 어디에 위치하느냐에 따라 선택된다. 이러한 방식으로 상기 증기 발생기(2)는 부가로 상기 증발기 파이프(11)의 매우 상이한 가열에 매칭된다. 이러한 방식으로 상기 연소 챔버(4)의 증발기 파이프(11)를 설계함으로써 증발기 파이프(11)의 연속 흐름이 매우 확실히 보장되는데, 이때 상기 증발기 파이프(11)의 배출구에서 나타나는 온도차는 특히 적게 유지된다.
상기 연소 챔버의 배관시, 기밀 방식으로 서로 용접된 개별 증발기 파이프(11)의 가열이 증기 발생기(2)의 작동시 매우 상이하다는 점이 고려된다. 따라서, 상기 증발기 파이프(11)의 설계는 그것의 내부 리브, 인접한 증발기 파이프(11)와의 핀 결합, 그리고 파이프 내부 직경(D)에 관련하여, 모든 증발기 파이프(11)가 상이한 가열에도 불구하고 거의 동일한 배출 온도를 가지며 증기 발생기(2)의 모든 작동 상태에 대해 증발기 파이프(11)의 충분한 냉각이 보장되도록 선택된다. 이는 특히, 상기 증기 발생기(2)가 증발기 파이프(11)를 관류하는 흐름 매체(S)의 비교적 낮은 물질 유동 밀도를 위해 설계됨으로써 보장된다. 상기 핀 결합 및 파이프 내부 직경(D)의 적합한 선택에 의해, 전체 압력 손실에 대한 마찰에 의한 압력 손실의 부분은 자유 순환비가 나타날 정도로 적다. 즉, 심하게 가열된 증발기 파이프(11)가 약하게 가열된 증발기 파이프(11) 보다 더 강하게 관류된다. 따라서, 비교적 강하게 가열된 증발기 파이프(11)는 버너 가까이에서-질량 흐름에 관련하여- 연소 챔버 단부에 배치된 비교적 약하게 가열된 증발기 파이프(11)와 거의 동일한 열을 수용하게 된다. 여기서, 내부 리브는 증발기 파이프벽이 충분히 냉각될 수 있도록 설계된다. 따라서, 위에 언급된 처리에 의해 모든 증발기 파이프(11)는 거의 동일한 배출 온도를 갖게 된다. 수직 가스 추출 장치를 갖는 증기 발생기에 있어서, 이와 같은 증발기 구상은 예컨대 VGB-Kraftwerkstechnik 75(1995), 제 4권, 353 내지 359 페이지에 공지되어 있다.
흐름 매체 측으로 볼 때 상기 연소 챔버(4)의 증발기 파이프(11)의 상부에는 흐름 매체(S)용 유입 컬렉터 시스템(16)이 연결되고, 그리고 하부에는 배출 컬렉터 시스템(18)이 연결된다. 이를 통해, 평행하게 연결된 증발기 파이프(11)의 압력 균등이 가능해지며, 이러한 압력 균등은 균일한 관류를 야기한다.
화석 연료(B)의 연소열을 특히 적절하게 이용하기 위해, 흐름 매체측으로 볼 때 상기 연소 챔버(4)의 정면(9)의 증발기 파이프(11)는 상기 연소 챔버(4)의 측벽(10a)의 증발기 파이프의 상부에 연결된다.
수평 가스 추출 장치(6)는 격벽 가열 표면으로 형성된 다수의 과열 표면(22)을 가지며, 상기 과열 표면(22)은 매달려있는 구조로 가열 가스(H)의 주 흐름 방향(24)에 대해 거의 수직으로 배치되고 상기 과열 표면(22)의 파이프는 흐름 매체(S)의 관류를 위해 평행하게 연결된다. 상기 과열 표면(22)은 주로 대류에 의해 가열되고 흐름 매체 측으로 볼 때 연소 챔버(4)의 증발기 파이프(11)의 하부에 연결된다.
수직 가스 추출 장치(8)는 주로 대류에 의해 가열될 수 있는 다수의 대류성 가열 표면(26)을 가지며, 상기 표면(26)은 가열 가스(H)의 주 흐름 방향에 대해 거의 수직으로 배치된 파이프로 형성된다. 상기 파이프는 흐름 매체(S)의 관류를 위해 평행하게 연결된다. 또한 상기 수직 가스 추출 장치(8)에는 고압 예열기 또는 이코노마이저(28)가 배치된다. 배출측으로 볼 때 상기 수직 가스 추출 장치(8)는 자세히 도시되지 않은 연도 가스 또는 열 교환기 내로 통하고 거기로부터 먼지 필터를 통해 굴뚝 내로 통한다.
증기 발생기(2)는 수평 구조로 매우 낮은 높이로 실행되고 따라서 매우 적은 제조 및 설치 비용이 달성될 수 있다. 이를 위해, 상기 증기 발생기(2)의 연소 챔버(4)는 다수의 화석 연료(B)용 버너(30)를 가지며, 상기 버너(30)는 상기 연소 챔버(4)의 정면(14)에서 수평 가스 추출 장치(6)의 높이에 배치된다.
따라서, 화석 연료(B)는 매우 높은 효력을 달성하기 위해 완전히 소각되고 가열 가스 측으로 볼 때 수평 가스 추출 장치(6)의 제 1 과열 표면에서 나타나는 재료의 결함, 및 예컨대 재의 유입에 의한 오염이 확실히 방지되며, 상기 연소 챔버(4)의 길이(L)는 증기 발생기(2)의 전부하 작동시 화석 연료(B)의 소각 길이를 초과하도록 선택된다. 여기서, 상기 길이(L)는 연소 챔버(4)의 정면(14)에서부터 수평 가스 추출 장치(6)의 유입 영역(32)까지의 간격을 말한다. 여기서, 상기 화석 연료(B)의 소각 길이는 정해진 평균 연도 가스 온도에서 화석 연료(B)의 소각 시간(tA)과 수평 방향으로의 가열 가스 속도를 곱한 것이다. 각각의 증기 발생기(2)에 대한 최대의 소각 길이는 증기 발생기(2)의 전부하 작동시 나타난다. 상기 화석 연료(B)의 소각 시간(tA)은 또한, 예컨대 정해진 평균 연도 가스 온도에서 완전한 소각을 위한 평균 크기의 탄진 입자를 필요로 하는 시간이다.
화석 연료(B)의 연소열을 특히 바람직하게 이용하기 위해, 상기 연소 챔버(4)의 길이(L)(m으로 표시됨)는 연소 챔버(4)(TBRK)(℃로 표시됨)로부터 나온 작동 매체의 배출 온도, 화석 연료(B)의 소각 시간(tA)(s로 표시됨), 그리고 연소 챔버(4)의 BMCR 값(W)(kg/s로 표시됨)에 따라 적절히 선택될 수 있다. 여기서, BMCR 값은 보일러에 매겨지는 최대의 연속 정격을 나타낸다. 상기 BMCR 값(W)은 국제적으로 통용되는, 증기 발생기의 최대의 연속 출력에 대한 개념이다. 이러한 연속 출력은 설계된 출력, 즉 증기 발생기의 전부하 작동시 나타나는 출력에 상응한다. 여기서, 상기 연소 챔버(4)의 길이(L)는 하기의 함수에 의해 근사치로 결정된다. 즉,
L(W, tA)=(C1+C2·W)·tA(1)
L(W, TBRK)=(C3·TBRK+C4)W+C5(TBRK)2+C6·TBRK+C7(2)
이때,
C1= 8m/s 이고,
C2= 0.0057m/kg 이며,
C3= -1.905·10-4(m·s)/(kg℃) 이고,
C4= 0.2857(s·m)/kg 이며,
C5= 3·10-4m/(℃)2이고,
C5= -0.8421 m/℃ 이며,
C7= 603.4125 m 이다.
여기서, 근사치라는 말은 각 함수에 의해 정해진 값으로부터 +20%/-10% 만큼 허용 편차가 발생한다는 것을 의미한다. 여기서, 항상 연소 챔버(4)의 임의로 고정된 BMCR 값에 있어서 항상 연소 챔버(4)의 길이(L)의 값(L) 중 보다 큰 값이 적용된다.
BMCR 값에 따른 연소 챔버(4)의 길이(L)의 계산에 대한 예로서 도 3에 따른 좌표계에서 6 개의 커브(K1내지 K6)가 도시된다. 여기서, 상기 커브에는 각각 하기의 파라미터가 할당된다.
(1)에 따르면, K1: tA= 3s 이고,
(2)에 따르면, K1: tA= 2.5s 이며,
(3)에 따르면, K3: tA= 2s 이고,
(4)에 따르면, K4: tBRK= 1200℃ 이며,
(5)에 따르면, K5: tBRK= 1300℃ 이고,
(6)에 따르면, K6: tBRK= 1400℃ 이다.
따라서, 상기 연소 챔버(4)의 길이(L)를 결정하기 위해 예컨대 소각 시간(tA= 3s) 및 연소 챔버(4)로부터 나온 작동 매체의 배출 온도(TBRK= 1200℃)에 대해서는 커브(K1내지 K4)가 인용될 수 있다. 이로부터 상기 연소 챔버(4)의 미리 주어진 BMCR 값(W)에 있어서,
K4에 따르면, W = 80 kg/s 일때, 길이 L = 29m 이고,
K4에 따르면, W = 160 kg/s 일때, 길이 L = 34m 이며,
K4에 따르면, W = 560 kg/s 일때, 길이 L = 57m 이다.
상기 소각 시간(tA=2.5s) 및 연소 챔버로부터 나온 작동 매체의 배출 온도(TBRK=1300℃)에 대해 예컨대 커브(K2내지 K5)가 인용될 수 있다. 이로부터 연소 챔버(4)의 미리 주어진 BMCR 값(W)에 있어서,
K에 따르면, W = 80 kg/s 일때, 길이 L = 21m 이고,
K2및 K5에 따르면, W = 180 kg/s 일때, 길이 L = 23m 이며,
K5에 따르면, W = 560 kg/s 일때, 길이 L = 37m 이다.
소각 시간(tA= 2s) 및 연소 챔버로부터 나온 작동 매체의 배출 온도(tBRK= 1400℃)에는 예컨대 커버(K3및 K6)가 할당된다. 이로부터 연소 챔버(4)의 미리 주어진 BMCR 값(W)에 있어서,
K3에 따르면, W = 80 kg/s 일때, L=18m이고,
K3및 K6에 따르면, W = 464 kg/s 일때, L=21m이며,
K6에 따르면, W = 560 kg/s 일때, L=23m이다.
증기 발생기(2)의 작동시 버너(30)에는 화석 연료(B)가 공급된다. 상기 버너(30)의 불꽃(F)은 수평으로 설치된다. 연소 챔버(4)의 구조에 의해 연소시 발생하는 가열 가스(H)의 흐름은 거의 수평의 주 흐름 방향(24)으로 생성된다. 상기 가열 가스(H)는 수평 가스 추출 장치(6)에 의해 거의 바닥을 향해 설치된 수직 가스 추출 장치(8) 내로 이르러서, 상기 수직 가스 추출 장치(8)를 도시되지 않은 굴뚝의 방향으로 벗어난다.
이코노마이저(28)에 나타나는 흐름 매체(S)는 수직 가스 추출 장치(8) 내에 배치된 격벽 가열 표면을 통해 증기 발생기(2)의 연소 챔버(4)의 유입 컬렉터 시스템(16) 내로 이른다. 수직으로 배치되어, 기밀 방식으로 서로 용접된 증기 발생기(2)의 연소 챔버(4)의 증발기 파이프(11)에는 증발, 그리고 경우에 따라서는 흐름 매체(S)의 부분적인 과열이 나타난다. 이때 발생하는 증기 또는 수증기 혼합물은 흐름 매체(S)용 배출 컬렉터 시스템(18) 내로 집결된다. 거기로부터 증기 또는 물-증기 혼합물은 수평 가스 추출 장치(6) 및 수직 가스 추출 장치(8)의 벽 내로 이르고, 그리고 거기로부터 재차 수평 가스 추출 장치(6)의 과열 표면(22) 내로 이른다. 상기 과열 표면(22) 내에서 증기의 추가 과열이 이루어지며, 이어서 상기 증기는 예컨대 증기 터빈의 구동 장치로 공급된다.
상기 증기 발생기(2)의 특히 적은 전체 높이 및 복잡한 구조에 의해 매우 적은 제조 및 설치 비용이 보장된다. 비교적 적은 기술적 비용에 의해 조절될 수 있는 장치는 특히 수평 가스 추출 장치(6)의 높이에 배치된 연소 챔버(4)의 버너(30)에 의해 보장되며, 상기 버너(30)에 의해 가열 가스(H)의 거의 수평인 주 흐름 방향(24)으로 상기 연소 챔버(4)가 관류된다. 여기서, 상기 연소 챔버(4)의 BMCR 값(W)에 따라 상기 연소 챔버(4)의 길이(L)를 선택함으로써, 화석 연료(B)의 연소열이 매우 확실히 이용될 수 있다. 상기와 같이 적은 전체 높이를 갖는 증기 발생기(2)를 갖는 증기 터빈 장치에 있어서, 증기 발생기(2)에서부터 증기 터빈까지의 연결 파이프는 매우 간단한 방식으로 설계될 수 있다.

Claims (16)

  1. 화석 연료(B)용 연소 챔버(4)를 가지며, 가열 가스측으로 볼 때 그것의 하부에 수평 가스 추출 장치(6)에 의해 수직 가스 추출 장치(8)가 연결되어 있는 증기 발생기(2)에 있어서,
    상기 연소 챔버(4)가 다수의 버너(30)를 가지며, 상기 버너(30)는 수평 가스 추출 장치(6)의 높이에 배치되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 버너(30)가 상기 연소 챔버(4)의 정면(14)에 배치되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 연소 챔버(4)의 정면(14)에서부터 수평 가스 추출 장치(6)의 유입 영역(32)까지의 간격에 의해 정해진 연소 챔버(4)의 길이(L)가 상기 증기 발생기(2)의 전부하 작동시 적어도 화석 연료(B)의 소각 길이와 동일한 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
  4. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소 챔버(4)의 길이(L)가 상기 연소 챔버(4)의 BMCR 값(W), 상기 버너(30)의 소각 시간(tA) 및/또는 상기 연소 챔버(4)로부터 나온 작동 매체의 배출 온도(TBRK)의 함수로서,
    L(W, tA)=(C1+C2·W)·tA이고,
    L(W, TBRK)=(C3·TBRK+C4)W+C5(TBRK)2+C6·TBRK+C7일때,
    C1= 8m/s 이고,
    C2= 0.0057m/kg 이며,
    C3= -1.905·10-4(m·s)/(kg℃) 이고,
    C4= 0.2857(s·m)/kg 이며,
    C5= 3·10-4m/(℃)2이고,
    C5= -0.8421 m/℃ 이며,
    C7= 603.4125 m 인 방정식에 따라 근사적으로 선택되며, 상기 연소 챔버(4)의 BMCR 값에 있어서 각각 상기 연소 챔버(4)의 길이(L) 중 더 큰 값이 적용되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
  5. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소 챔버(4)의 정면(14)이 기밀 방식으로 서로 용접되어, 수직으로 배치된 평행하게 흐름 매체(S)가 공급될 수 있는 증발기 파이프(11)로 형성되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
  6. 제 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소 챔버(4)의 측벽(10a)이 기밀 방식으로 서로 용접되어, 수직으로 배치된 평행하게 흐름 매체(S)가 공급될 수 있는 증발기 파이프(11)로 형성되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
  7. 제 6항에 있어서,
    다수의 증발기 파이프(11)의 내측에는 각각 다형의 나사선을 형성하는 리브(40)가 제공되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
  8. 제 7항에 있어서,
    파이프축에 대해 수직인 평면(41)과 파이프 내측에 배치된 리브(40)의 플랭크(42) 간의 기울기각(α)이 60。 보다 작고, 바람직하게는 55。 보다 작은 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
  9. 제 1항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수평 가스 추출 장치(6)의 측벽(10b)이 기밀 방식으로 서로 용접되어, 수직으로 배치된 평행하게 흐름 매체(S)가 공급될 수 있는 증발기 파이프(12a)로 형성되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
  10. 제 1항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수직 가스 추출 장치(8)의 측벽(10c)이 기밀 방식으로 서로 용접되어, 수직으로 배치된 평행하게 흐름 매체(S)가 공급될 수 있는 증발기 파이프(12b)로 형성되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
  11. 제 1항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    인접한 증발기 또는 증기 발생기 파이프(11, 12a, 12b)가 핀에 의해 기밀 방식으로 서로 용접되며, 상기 핀의 폭이 연소 챔버(4), 수평 가스 추출 장치(6) 및/또는 수직 가스 추출 장치(8) 내의 증발기 또는 증기 발생기 파이프(11, 12a, 12b)의 개별 위치에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
  12. 제 1항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소 챔버(4)의 증발기 파이프(11)의 파이프 내부 직경(D)이 상기 연소 챔버(4) 내의 증발기 파이프(11)의 개별 위치에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
  13. 제 1항 내지 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    흐름 매체측으로 볼 때 상기 연소 챔버(4)에 배치된 증발기 파이프(11)의 상부에는 흐름 매체(S)용 공동의 유입 컬렉터 시스템(16)이 연결되고, 그리고 하부에는 공동의 배출 컬렉터 시스템(18)이 연결되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
  14. 제 1항 내지 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소 챔버(4)의 정면(14)의 증발기 파이프(11)가 흐름 매체측으로 볼 때 상기 연소 챔버(4)의 측벽(10a)의 증발기 파이프(11)의 상부에 연결되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
  15. 제 1항 내지 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수평 가스 추출 장치(6)에는 다수의 과열 표면(22)이 매달려있는 구조로 배치되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
  16. 제 1항 내지 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수직 가스 추출 장치(8)에는 다수의 대류 가열 표면(26)이 배치되는 것을 특징으로 하는 증기 발생기.
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