KR20050068773A - 가스터빈 복합발전용 배열회수보일러 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발전소의 전효율(Overall Plant Efficiency)과 동적인 성능을 보다 향상시키기 위하여 복합 수순환 방식을 채용한 가스터빈 복합발전용 배열회수보일러에 관한 것이다.
따라서, 발전소 전효율의 상승을 위하여 발생증기의 압력 조건을 높이는 경우에도 제한이 없고, 기동에 필요한 시간을 대폭 줄이고, 아울러 초임계압 증기조건의 미분탄 연소 보일러를 가스터빈 복합발전으로 대체하는 경우에도 적용이 가능하도록 한 것이다.
본 발명은 가스터빈의 고온 연소 배기가스는 저압, 중압, 고압 (삼중압) 및 재열 증기발생회로와 접촉하여 배열이 회수되고, 외장형 탈기기가 설치되며, 발전소 전효율의 향상과 기동시간의 절감을 위해 복합 수순환 방식을 사용하는 가스터빈 복합발전용 배열회수보일러가 제공된다.
또한, 가스터빈의 고온 연소 배기가스는 저압, 중압, 고압 (삼중압) 및 재열 증기발생회로와 접촉하여 배열이 회수되고, 내장형 탈기기가 설치되며, 발전소 전효율의 향상과 기동시간의 절감을 위해 복합 수순환 방식을 사용하는 가스터빈 복합발전용 배열회수보일러가 제공된다.
Description
본 발명은 가스터빈 복합발전에서, 발전소의 전효율(Overall Plant Efficiency)과 동적인 성능을 보다 향상시키기 위하여 복합 수순환 방식을 채용한 가스터빈 복합발전용 배열회수보일러에 관한 것이다.
일반적으로 가스터빈 복합발전에 사용되는 배열회수보일러는 첨부된 예시도면 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 증기발생회로(Steam Generating Circuit)를 삼중압(Triple Pressure System)으로 분할하고 재열기(Reheater)가 설치된 구조로 되어 있다.
먼저, 증기발생회로내의 작동유체의 흐름을 살펴보면, 저압인 경우에는, 과냉 상태의 저압 급수(10)가 저압 절탄기 입구헤더(11)와 저압 급수관(14)를 통하여 저압 절탄기(12)를 거쳐 포화수의 조건에 도달한 상태에서 저압절탄기 출구헤더(13)을 통해 저압 증기드럼(15)에 공급된다.
그리고, 저압 증기드럼(15)로부터 저압 하강관(16)과 저압 증발기 입구헤더(18)를 통해 저압 증발기(19)로 유입되어 증발현상이 발생된다.
상기 발생된 기액 혼합의 이상유체는, 저압 증발기 출구헤더(20)에서 모아져 저압 상승관(21)을 따라 저압 증기드럼(15)으로 다시 유입된다.
그리고, 상기 저압 증기드럼(15)에서 분리된 액체는, 저압 하강관(16)에 의해 다시 저압 증발기(19)로 공급되고, 분리된 증기는 저압 포화증기관(22)에 의해 저압 과열기 입구헤더(23)를 거쳐 저압 과열기(24)로 공급되고, 최종적으로는 저압 과열기 출구헤더(25)로부터 저압 과열증기(26)가 생산된다.
한편, 중압 및 고압 증기발생회로내의 작동유체의 흐름은, 상기 저압 증기발생회로의 경우와 동일하다.
우선, 중압 급수(30) 및 고압 급수(60)가 중압 절탄기 입구헤더(31) 및 고압 절탄기 입구헤더(61)를 통하여 중압 절탄기(32) 및 고압 절탄기(62)로 각각 유입된다.
여기서, 상기 중압 절탄기(32)를 거쳐 포화수의 조건에 도달한 상태에서 중압 절탄기 출구헤더(33)와 중압 급수관(34)를 거쳐 중압 증기드럼(35)으로 공급된다.
그리고, 중압 증기드럼(35)로부터 중압 하강관(36)과 중압 증발기 입구헤더(38)를 통해 중압 증발기(39)로 유입되어 증발현상이 발생된다.
상기 발생된 기액 혼합의 이상유체는, 중압 절탄기 출구헤더(40)에서 모아져 중압 상승관(41)에 의해 중압 증기드럼(35)으로 다시 유입된다.
상기 중압 증기드럼(35)에서 분리된 액체는 중압 하강관(36)에 의해 다시 중압 증발기(39)를 거쳐 중압 증발기 출구헤더(40)에 공급된다.
분리된 증기는, 중압 포화증기관(42)에 의해 중압 과열기 입구헤더(43)를 거쳐 중압 과열기(44)로 공급되고, 최종적으로는 중압 과열기 출구헤더(45)를 통해 중압 과열증기(46)가 생산된다.
상기 고압 급수(60)는, 고압 절탄기(62)와 고압 절탄기 출구헤더(63)을 통해 고압 절탄기 입구헤더(64)와 고압 절탄기(65)를 거치게 되고, 이후 고압 절탄기 출구헤더(66)와 고압급수관(67)을 거쳐 고압 증기드럼(68)로 유입된다.
상기 고압 증기드럼(68)로부터 고압 하강관(69)과 고압 증발기 입구헤더(71)를 통과하여 고압 증발기(72)로 유입되어져 증발한다.
상기 발생된 기액 혼합의 이상유체는 고압 증발기(72)를 통해 고압 증발기 출구헤더(73)에 모여지고, 이 고압 증발기 출구헤더(73)에 모여진 유체는 고압 상승관(74)를 통하여 고압 증기드럼(68)에 다시 유입된다.
그리고, 고압 증기드럼(68)에서 분리된 액체는 고압 하강관(69)을 통하여 고압 증발기(72)로 다시 유입되고, 증기는 고압 포화증기관(75)에 의해 고압 과열기 입구헤더(76)로 모여진다.
상기 고압 과열기 입구헤더(76)에 모여진 증기는 고압 과열기(77)를 통해 고압 과열기 출구헤더(78)을 거쳐 과열저감기(79)를 통과하게 되고, 이후 고압 과열기 입구헤더(80)을 통해 고압 과열기(81)로 유입된다.
그리고, 상기 고압 과열기(81)와 고압 과열기 출구헤더(82)를 통하여 고압 과열증기(83)가 생산된다.
상기 고압 증기발생회로에서 생성된 고압 과열증기(83)는 고압 증기터빈을 통과한 후에 엔탈피(Enthalpy)가 감소된 상태에서 중압 과열증기(46)와 혼합되어 재열기 입구증기(90)가 재열기 입구헤더(91)에 모여져 1차 재열기(92)로 공급된다.
그리고, 상기 1차 재열기(92)와 재열기 출구헤더(93)를 통해 과열저감기(94)를 거쳐 재열기 입구헤더(95)에 모여지게 된다.
이후, 재열기(96)와 재열기 출구헤더(97)을 통해 재열증기(98)생산된다.
참고적으로 증발기내의 수순환 방식은 드럼형으로서 도 1도에 도시된 자연순환형(Natural Circulation)과, 도 2에 도시된 강제순환형(Forced Circulation)이 사용되는데, 자연순환형은 증발관내의 이상유체가 하강관과 상승관의 밀도차에 기인한 열 사이폰 효과(Thermal Siphon Effect)에 의해 순환된다.
상기 강제순환형은 하강관에 설치된 순환펌프(Circulation Pump)(17,37,70)의 구동력에 의해 강제 순환 된다. 아울러 화살표(1)는 가스의 흐름방향이다.
그런데, 가스터빈 복합발전에 사용되는 종래의 배열회수보일러는, 가스터빈 복합발전의 구성 요소인 증기터빈 사이클의 전효율을 향상시키기 위해 발생 증기의 압력과 온도를 높이는 경우, 종래의 드럼형 수순환 방식에서는 대구경인 증기드럼 및 수순환 배관들의 두께가 과다하게 커지므로 이에 따른 물량증가가 발생된다.
또한, 고온부에 위치되는 고압 및 중압 증기발생회로의 경우, 후육부인 증기드럼으로 인해 열응력에 취약하며 또 증발기 계통내의 과다한 보유수량 때문에 기동시간을 줄이는 데에도 큰 제한이 된다.
또한, 노후된 초임계압(Supercritical Pressure) 증기조건의 미분탄 연소 보일러를 가스터빈 복합발전으로 동력재공급(Repowering) 하는 경우에 작동유체가 초임계압 이상에서는 기액의 상(Phase) 구분이 없어지므로 종래의 드럼형 배열회수보일러로는 사용이 불가능한 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로, 가스터빈 복합발전에서, 발전소의 전효율과 동적인 성능을 보다 향상시키기 위하여 복합 수순환 방식을 채용하여 발전소 전효율의 상승을 위하여 발생증기의 압력 조건을 높이는 경우에도 제한이 없고, 기동에 필요한 시간을 대폭 줄일 수 있도록 하는 점에 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 것으로, 가스터빈의 고온 연소 배기가스는 저압, 중압, 고압 (삼중압) 및 재열 증기발생회로와 접촉하여 배열이 회수되고, 외장형 탈기기가 설치되며, 발전소 전효율의 향상과 기동시간의 절감을 위해 복합 수순환 방식을 사용하는 가스터빈 복합발전용 배열회수보일러에 기술적 특지이 있다.
또한, 가스터빈의 고온 연소 배기가스는 저압, 중압, 고압 (삼중압) 및 재열 증기발생회로와 접촉하여 배열이 회수되고, 내장형 탈기기가 설치되며, 발전소 전효율의 향상과 기동시간의 절감을 위해 복합 수순환 방식을 사용하는 가스터빈 복합발전용 배열회수보일러에 기술적 특징이 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.
첨부된 예시도면 도 3 내지 도 10은 본 발명의 배열회수보일러를 도시한 것으로 첨부된 예시도면 도 1 및 도 2와 동일한 참조번호는 동일한 부품을 표시하므로 이에 대한 중복설명을 피하고 상이한 점에 대해서만 설명하기로 한다.
첨부된 예시도면 도 3 내지 도 10에 도시된 바와 같이 먼저, 증기발생회로내의 작동유체의 흐름은, 저압 및 재열의 경우에는 기존의 드럼형 배열회수보일러와 동일하여 상이한 점에 대해서만 설명하기로 한다.
고압의 경우는, 과냉 상태의 고압 급수(60)가 고압 절탄기(62,65)로 공급되고 전열관 출구들은 증발관내 이상유체의 유동 안정성(Flow Stability)을 확보하기 위해 설치된 유량조절기구(84)를 통과하여 고압 증발기(72)의 증발관 입구들에 연결되며, 생성된 기액 혼합의 이상유체는 고압 증발기 출구헤더(73)에서 모아져 기수분리기 입구관(85)를 통해 고압 기수분리기(86)로 공급되어 물과 증기가 서로 분리된다.
상기 분리된 증기는, 기수분리기 증기 출구관(88)을 따라 고압 과열기 입구헤더(76)를 통해 전열관 입구들에 연결되고, 가열된 증기는 고압 과열기 출구헤더(82)에서 모아져 고압 과열증기(83)가 생산되며, 기수분리기 수 출구관(87)을 통하여 분리된 물은 저압 증기드럼으로 재순환된다.
한편 중압인 경우, 작동유체의 흐름은, 관류형 또는 드럼형 수순환 방식으로 순환되는데, 드럼형 수순환 방식의 경우에는 상기 저압의 경우와 동일하며, 관류형 수순환 방식의 경우는 상기 고압의 경우와 동일하다.
우선 유량조절기구(47)를 통하여 중압 증발기 출구헤더(40)에 모여진 유체는 기수분리기 입구관(48)을 따라 중압 기수분리기(49)에서 분리되어 기수분리기 수 출구관(50)을 통해 배출되는 물도 저압 증기드럼으로 재순환된다.
아울러 중압 기수분리기(49)로부터 분리된 증기는, 기수분리기 증기 출구관(51)을 통하여 중압 과열기 입구헤더(43)으로 유입된다.
한편 관류형 수순환 방식의 경우, 정상상태의 운전조건에서는 기수분리기에서 물이 분리되지 않으며 증기만이 통과되어 과열기로 공급된다.
따라서, 본 발명의 배열회수보일러를 사용하면 기존의 드럼형 배열회수보일러와의 비교 결과 발전소 전효율의 경우 4%의 상승이 가능하며, 냉간 기동(Cold Start Up)에 소요되는 시간을 기존 대비 50% 이상 대폭 절감할 수 있어 획기적인 성능 향상이 가능하다.
또한, 가스터빈 연소 배가스의 고온부에 설치되어 열응력에 취약한 고압 또는 중압 증기발생회로에 관류형 수순환 방식을 사용하므로 후육부인 증기드럼을 제거할 수 있어 발전소의 기동에 소요되는 시간을 대폭 줄일 수 있다.
그리고, 저압인 경우에는 관류형 수순환 방식에 비해 전열면적이 작고 또 열응력이 고압 또는 중압 증기발생회로에 비해 상대적으로 크지 않아 전체 복합발전시스템의 동적인 성능에 제한이 되지 않는 이유 때문에 드럼형 수순환 방식을 사용함으로써, 각 수순환 방식의 장점을 최대한 이용한다.
첨부된 예시도면 중 미 설명부호 27,28은 급수펌프이다.
위와 같이 구성된 본 발명은 발전소 전효율의 상승을 위하여 발생증기의 압력 조건을 높이는 경우에도 제한이 없고, 기동에 필요한 시간을 대폭 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 초임계압 증기조건의 미분탄 연소 보일러를 가스터빈 복합발전으로 대체하는 경우에도 적용이 가능한 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 삼중압 재열방식, 외장형 탈기기, 자연순환형 배열회수보일러를 도시한 개략도
도 2는 종래기술에 따른 삼중압 재열방식, 외장형 탈기기, 강제순환형 배열회수보일러를 도시한 개략도
도 3은 본 발명에 따른 삼중압 재열방식, 외장형 탈기기 저압 및 중압 자연순환형 고압 관류형 배열회수보일러를 도시한 개략도
도 4는 본 발명에 따른 삼중압 재열방식, 외장형 탈기기, 저압 자연순환형, 중압 및 고압 관류형 배열회수보일러를 도시한 개략도
도 5는 본 발명에 따른 삼중압 재열방식, 외장형 탈기기, 저압 및 중압 강제순환형 고압 관류형 배열회수보일러를 도시한 개략도
도 6은 본 발명에 따른 삼중압 재열방식, 외장형 탈기기, 저압 강제순환형, 중압 및 고압 관류형 배열회수보일러의 개략도
도 7은 본 발명에 따른 삼중압 재열방식, 내장형 탈기기, 저압 및 중압 자연순환형, 고압 관류형 배열회수보일러의 개략도
도 8은 본 발명에 따른 삼중압 재열방식, 내장형 탈기기, 저압 자연순환형, 중압 및 고압 관류형 배열회수보일러의 개략도
도 9는 본 발명에 따른 삼중압 재열방식, 내장형 탈기기, 저압 및 중압 강제순환형, 고압 관류형 배열회수보일러의 개략도
도 10은 본 발명에 따른 삼중압 재열방식, 내장형 탈기기, 저압 강제순환형, 중압 및 고압 관류형 배열회수보일러의 개략도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 저압 급수 11 : 저압 절탄기 입구헤더
12 : 저압 절탄기 13 : 저압 절탄기 출구헤더
14 : 저압 급수관 15 : 저압 증기드럼
16 : 저압 하강관 17,27,28,37 순환펌프
18 : 저압 증발기 입구헤더 19 : 저압 증발기
20 : 저압 증발기 출구헤더 21 : 저압 상승관
22 : 저압 포화증기관 23 : 저압 과열기 입구헤더
24 : 저압 과열기 25 : 저압 과열기 출구헤더
26 : 저압 과열증기 30 : 중압 급수
31 : 중압 절탄기 입구헤더 32 : 중압절탄기
33 : 중압 절탄기 출구헤더 34 : 중압 급수관
35 : 중압 증기드럼 36 : 중압 하강관
38 : 중압 증발기 입구헤더 39 : 중압 증발기
40 : 중압 증발기 출구헤더 41 : 중압 상승관
42 : 중압 포화증기관 43 : 중압 과열기 입구헤더
44 : 중압 과열기 45 : 중압 과열기 출구헤더
46 : 중압 과열증기 47,84 : 유량조절기구
48,85 : 기수분리기 입구관 49,86 : 기수분리기
50,87 : 기수분리기 수 출구관 51 : 기수분리기 증기 출구관
60 : 고압 급수 61,64 : 고압 절탄기 입구헤더
62,65 : 고압 절탄기 63,66 : 고압 절탄기 출구헤더
67 : 고압 급수관 68 : 고압 증기드럼
69 : 고압 하강관 70 : 고압 순환펌프
71 : 고압 증발기 입구헤더 72 : 고압 증발기
73 : 고압 증발기 출구헤더 74 : 고압 상승관
75 : 고압 포화증기관 76,80 : 고압 과열기 입구헤더
77,81 : 고압 가열기 78,82: 고압 과열기 출구헤더
79,94 : 과열저감기 83 : 고압 과열증기
88 : 기수분리기 증기 출구관 90 : 재열기 입구증기
91,95 : 재열기 입구헤더 92,96 : 재열기
93,97 : 재열기 출구헤더 98 : 재열증기
Claims (10)
- 가스터빈 복합발전용 배열회수보일러에 있어서,가스터빈의 고온 연소 배기가스는 저압, 중압, 고압 (삼중압) 및 재열 증기발생회로와 접촉하여 배열이 회수되고, 외장형 탈기기가 설치되며, 발전소 전효율의 향상과 기동시간의 절감을 위해 복합 수순환 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 복합발전용 배열회수보일러.
- 제 1 항에 있어서,상기 저압 및 중압 증기발생회로는 절탄기, 증발기, 과열기 및 물과 증기를 분리하는 증기드럼을 포함하고, 상기 증발기의 입출구가 증기드럼과 연결되어 작동유체의 밀도차에 의해 수순환 되어 증기를 생산하며, 고압 증기발생회로는 절탄기, 증발기, 과열기 및 물과 증기를 분리하는 기수분리기를 포함하며, 관류형 수순환 방식으로 증기를 생산하고 각 증발관의 입구에는 이상유동의 유동안정화를 위해 유량조절기구가 설치되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 복합발전용 배열회수보일러.
- 제 1 항에 있어서상기 저압 증기발생회로는, 절탄기, 증발기, 과열기 및 물과 증기를 분리하는 증기드럼을 포함하고, 상기 증발기의 입출구가 증기드럼과 연결되어 작동유체의 밀도차에 의해 수순환 되어 증기를 생산하며, 중압 및 고압 증기발생회로는 절탄기, 증발기, 과열기 및 물과 증기를 분리하는 기수분리기를 포함하며 관류형 수순환 방식으로 증기를 생산하고 각 증발관의 입구에는 이상유동의 유동안정화를 위해 유량조절기구가 설치되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 복합발전용 배열회수보일러.
- 제 1 항에 있어서,상기 저압 및 중압 증기발생회로는 절탄기, 증발기, 과열기 및 물과 증기를 분리하는 증기드럼을 포함하고, 상기 증발기의 입출구가 증기드럼과 연결되며 순환펌프의 구동력에 의해 작동유체가 수순환 되어 증기를 생산하며, 고압 증기발생회로는 절탄기, 증발기, 과열기 및 물과 증기를 분리하는 기수분리기를 포함하며 관류형 수순환 방식으로 증기를 생산하고 각 증발관의 입구에는 이상유동의 유동안정화를 위해 유량조절기구가 설치되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 복합발전용 배열회수보일러.
- 제 1 항에 있어서상기 저압 증기발생회로는 절탄기, 증발기, 과열기 및 물과 증기를 분리하는 증기드럼을 포함하고, 상기 증발기의 입출구가 증기드럼과 연결되며 순환펌프의 구동력에 의해 작동유체가 수순환 되어 증기를 생산하며, 중압 및 고압 증기발생회로는 절탄기, 증발기, 과열기 및 물과 증기를 분리하는 기수분리기를 포함하며 관류형 수순환 방식으로 증기를 생산하고 각 증발관의 입구에는 이상유동의 유동안정화를 위해 유량조절기구가 설치되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 복합발전용 배열회수보일러.
- 가스터빈 복합발전용 배열회수보일러에 있어서,가스터빈의 고온 연소 배기가스는 저압, 중압, 고압 (삼중압) 및 재열 증기발생회로와 접촉하여 배열이 회수되고, 내장형 탈기기가 설치되며, 발전소 전효율의 향상과 기동시간의 절감을 위해 복합 수순환 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 가스터빈 복합발전용 배열회수보일러.
- 제 6 항에 있어서,상기 저압 및 중압 증기발생회로는, 절탄기, 증발기, 과열기 및 물과 증기를 분리하는 증기드럼을 포함하고, 상기 증발기의 입출구가 증기드럼과 연결되어 작동유체의 밀도차에 의해 수순환 되어 증기를 생산하며, 고압 증기발생회로는 절탄기, 증발기, 과열기 및 물과 증기를 분리하는 기수분리기를 포함하며 관류형 수순환 방식으로 증기를 생산하고 각 증발관의 입구에는 이상유동의 유동안정화를 위해 유량조절기구가 설치되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 복합발전용 배열회수보일러.
- 제 6 항에 있어서,상기 저압 증기발생회로는 절탄기, 증발기, 과열기 및 물과 증기를 분리하는 증기드럼을 포함하고, 상기 증발기의 입출구가 증기드럼과 연결되어 작동유체의 밀도차에 의해 수순환 되어 증기를 생산하며, 중압 및 고압 증기발생회로는 절탄기, 증발기, 과열기 및 물과 증기를 분리하는 기수분리기를 포함하며 관류형 수순환 방식으로 증기를 생산하고 각 증발관의 입구에는 이상유동의 유동안정화를 위해 유량조절기구가 설치되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 복합발전용 배열회수보일러.
- 제 6 항에 있어서,상기 저압 및 중압 증기발생회로는 절탄기, 증발기, 과열기 및 물과 증기를 분리하는 증기드럼을 포함하고, 상기 증발기의 입출구가 증기드럼과 연결되며 순환펌프의 구동력에 의해 작동유체가 수순환 되어 증기를 생산하며, 고압 증기발생회로는 절탄기, 증발기, 과열기 및 물과 증기를 분리하는 기수분리기를 포함하며 관류형 수순환 방식으로 증기를 생산하고 각 증발관의 입구에는 이상유동의 유동안정화를 위해 유량조절기구가 설치되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 복합발전용 배열회수보일러.
- 제 6 항에 있어서,상기 저압 증기발생회로는 절탄기, 증발기, 과열기 및 물과 증기를 분리하는 증기드럼을 포함하고, 상기 증발기의 입출구가 증기드럼과 연결되며 순환펌프의 구동력에 의해 작동유체가 수순환 되어 증기를 생산하며, 중압 및 고압 증기발생회로는 절탄기, 증발기, 과열기 및 물과 증기를 분리하는 기수분리기를 포함하며 관류형 수순환 방식으로 증기를 생산하고 각 증발관의 입구에는 이상유동의 유동안정화를 위해 유량조절기구가 설치되는 것을 특징으로 하는 가스터빈 복합발전용 배열회수보일러.
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|---|---|---|---|---|
| KR20150020965A (ko) * | 2013-08-19 | 2015-02-27 | 대우조선해양 주식회사 | 선박의 폐열 회수 시스템 및 방법 |
| CN109441579A (zh) * | 2018-10-17 | 2019-03-08 | 郑州赛为机电设备有限公司 | 一种电站弃热回收装置及节能系统 |
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-
2003
- 2003-12-30 KR KR1020030100581A patent/KR100567914B1/ko active IP Right Grant
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| CN109441579B (zh) * | 2018-10-17 | 2024-01-09 | 郑州赛为机电设备有限公司 | 一种电站弃热回收装置及节能系统 |
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