KR20060063311A - 배열회수보일러의 관류형 증발기 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배열회수보일러의 관류형 증발기 구조에 관한 것으로서, 가스터빈에서 배출되는 연소가스의 진행방향에 대해 수직하게 위치한 증발기의 전열관 직경 및 간격을 조절하여 전열관 전체에서 생성된 증기의 조건이 균등하게 구성한 배열회수보일러의 관류형 증발기 구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 가스터빈에서 배출되는 연소가스의 진행방향에 대해 수직하게 위치한 전열관들을 구비한 배열회수보일러의 관류형 증발기 구조이며, 상기 연소가스의 진행방향의 상류쪽에 위치한 전열관의 직경은 하류쪽에 위치한 전열관의 직경보다 상대적으로 크게 구성하거나, 또는 상기 연소가스의 진행방향의 상류쪽에 위치한 전열관들 사이의 간격은 하류쪽에 위치한 전열관들 사이의 간격보다 상대적으로 넓게 구성된 것을 기술적 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 배열회수보일러의 관류형 증발기 구조는 연소가스의 진행방향에 있어서, 상류쪽과 하류쪽의 온도차에 따른 증기 조건의 차이를 전열관의 직경 및 전열관의 간격을 조절하여 보상함으로써, 전열관의 상부에 위치한 상부헤더에 모이는 증기의 조건을 균등화할 수 있다는 장점이 있다.

배열회수보일러, 관류형 증발기, 가스터빈, 연소가스, 전열관, 직경, 간격

Description

배열회수보일러의 관류형 증발기 구조{Once Through Evaporation Structure of Heat Recovery Steam Generator}

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 관류형 배열회수보일러의 구조를 나타낸 개략도이고,

도 2는 도 1에 도시된 관류형 배열회수보일러의 증발기를 구성하는 전열관들의 외경에 따른 배치구조를 나타낸 그래프이며,

도 3은 도 1에 도시된 관류형 배열회수보일러의 증발기를 구성하는 전열관의 가스통과면적을 나타낸 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 관류형(Once-through) 증기발생기 20 : 증발기

21 : 전열관 40 : 출구헤드

50 : 기수분리기

본 발명은 배열회수보일러의 관류형 증발기 구조에 관한 것으로서, 특히, 가 스터빈에서 배출되는 연소가스의 진행방향에 대해 수직하게 위치한 증발기의 전열관 직경 및 간격을 조절하여 전열관 전체에서 생성된 증기의 조건이 균등하게 구성한 것이다.

일반적으로, 배열회수 증기발생기(Heat Recovery Steam Generator)는 가스터빈에서 배출되는 연소가스 또는 그와 유사한 열원을 이용하여 전열관을 따라 유동하는 물을 증발기에서 순환시켜 물을 증기로 기화하는 열교환기이다.

그리고 배열회수 증기발생기(Steam Generator)는 물이 유동하도록 다수 개의 전열관이 연소가스의 진행방향에 대해 수직하게 배치되어 연소가스의 열을 흡수하여 물을 기화시킨다.

배열회수 증기발생기는 드럼이 있는 드럼형 증기발생기와 드럼이 없는 관류형 증기발생기로 구분되는데, 본 발명은 관류형 증기발생기에 관한 것으로 드럼형 증기발생기에 대한 설명은 생략한다.

한편, 가스터빈에서 배출되는 연소가스가 관류형 증기발생기의 증발기를 따라 진행하게 되는데, 연소가스의 진행방향에 있어서, 상류쪽의 온도는 하류쪽의 온도보다 상대적으로 높다. 따라서 상류쪽에 위치한 전열관에서 발생한 증기의 양은 많고, 하류쪽에 위치한 전열관에서 발생한 증기의 양은 상대적으로 작다. 따라서 상류쪽에서 많은 양의 물이 증발된다. 이와 같이 전열관에서 생성된 증기는 출구헤더에 모이게 되고, 파이프라인을 통해 기수분리기로 유입된다.

하지만, 연소가스의 진행방향에 있어서, 증기 발생조건이 상류쪽과 하류쪽이 다르기 때문에, 각각의 전열관에서 발생한 증기 또한 그 조건이 다르다. 이와 같이 증기발생기에서 생성된 증기의 조건이 다르게 됨으로써 증기발생기의 성능은 떨어지게 되며, 제어가 어렵게 된다.

또한, 증기에는 물이 포함되어 있을 수 있으며, 물이 증기와 함께 기수분리기로 유입되면, 열충격이 발생하여 기수분리기의 수명 및 성능이 떨어지게 되고, 전체 배열회수보일러의 증기 유량도 떨어지게 되어 성능이 저하하게 된다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연소가스의 진행방향을 따라 배치된 전열관의 직경 및 전열관의 간격을 달리하여, 연소가스의 진행방향에 따른 온도차를 보상하여 동일한 조건의 증기를 생성할 수 있는 새로운 구조의 배열회수보일러의 관류형 증발기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 가스터빈에서 배출되는 연소가스의 진행방향에 대해 수직하게 위치한 전열관들을 구비한 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 증발기는 증기 출구에 연결된 파이프들와, 상기 파이프들이 연결된 복수 개의 헤더를 포함하며, 상기 복수 개의 헤더와 기수분리기는 복수개의 파이프에 의해 연결된다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 가스터빈에서 배출되는 연소가스의 진행방향에 대해 수직하게 위치한 전열관들을 구비한 배열회수보일러의 관류 형 증발기 구조에 있어서, 상기 연소가스의 진행방향의 상류쪽에 위치한 전열관의 직경은 하류쪽에 위치한 전열관의 직경보다 상대적으로 크게 구성된 것을 기술적 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 가스터빈에서 배출되는 연소가스의 진행방향에 대해 수직하게 위치한 전열관들을 구비한 배열회수보일러의 관류형 증발기 구조에 있어서, 상기 연소가스의 진행방향의 상류쪽에 위치한 전열관들 사이의 간격은 하류쪽에 위치한 전열관들 사이의 간격보다 상대적으로 넓게 구성된 것을 기술적 특징으로 한다.

아래에서, 본 발명에 따른 배열회수보일러의 관류형 증발기 구조의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도면에서, 도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 관류형 배열회수보일러의 구조를 나타낸 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시된 관류형 배열회수보일러의 증발기를 구성하는 전열관들의 외경에 따른 배치구조를 나타낸 그래프이며, 도 3은 도 1에 도시된 관류형 배열회수보일러의 증발기를 구성하는 전열관의 가스통과면적을 나타낸 그래프이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 관류형(Once-through) 증기발생기(10)의 작동유체인 물은 순환하지 않는다. 따라서 증발기(20)의 전열관(21)으로 유입된 물은 전열관(21)을 따라 유동하면서, 포화수, 포화수와 포화증기가 혼합된 2상류, 포화증기 및 과열증기로 되어 전열관(21)의 상부에 연결된 파이프들을 통해 출구헤더(40)에 모이고, 출구헤더(40)로 모인 증기는 복수 개의 파이프에 의해 기수분리기(50)로 유입되어 증기와 물이 분리된다. 그리고 분리된 증기는 증기터빈 쪽으로 유동한다. 또한 도면에는 도시되지 않았지만, 출구헤더(40)와 기수분리기(50)를 연결하는 파이프에는 다른 헤더가 설치될 수 있다.

한편, 가스터빈에서 배출된 연소가스가 진행하는 방향에 있어서, 상류쪽의 온도가 하류쪽에 온도보다 높다. 이와 같은 연소가스의 온도 분포에 따라, 본 발명에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 연소가스의 진행방향에서 상류쪽에 위치한 전열관의 직경은 크고, 하류쪽으로 갈수록 전열관의 직경이 작게 배치한다.

앞에서 설명한 바와 같이, 온도가 높은 상류쪽에서는 많은 양의 증기가 발생하기 때문에, 자연적으로 상류쪽에 위치한 전열관을 따라 흐르는 물의 양은 많고, 상대적으로 하류쪽에 위치한 전열관을 따라 흐르는 물의 양은 작게 된다. 만약 동일한 전열관을 배치하였을 경우에 물의 양이 달라 증기의 조건이 연소가스의 진행방향에 따라 다르게 된다.

본 발명에서는 이를 보상하기 위해서, 연소가스의 진행방향의 상류쪽에 위치한 전열관의 직경이 하류쪽 전열관의 직경보다 상대적으로 크게 함으로써, 상류쪽에 전열관을 따라 흐르는 물의 양을 상대적으로 증가시켜 연소가스의 진행방향을 따라 생성되는 증기의 양을 동일하게 한다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 연소가스의 진행방향에 있어서, 상류쪽에 위치한 전열관의 간격을 넓게 하고, 상대적으로 하류쪽으로 갈수록 전열관의 폭 간격을 좁게 배치한다. 즉, 도 3에 보이듯이, 전열관의 간격이 넓은 상류쪽에서는 가스의 통과면적이 크고, 반대로 전열관의 간격이 좁은 하류쪽에서는 가스의 통과면 적이 작게 된다.

이와 같이 가스 통과 면적이 넓다는 것은 그 만큼 전열관과의 접촉면적이 작다는 것으로서, 열의 흡수가 작다. 즉 고온인 상류쪽에서는 열의 흡수가 작고, 저온인 하류쪽에서는 열의 흡수를 많게 하여 발생하는 증기의 조건을 균등하게 보상한다.

이와 같이 본 발명에서는 증발기의 전열관을 직경에 따라 배치하거나 또는 전열관 사이의 간격에 따라 배치하여 증기의 조건이 균등하도록 보상할 수 있으며, 두 조건 즉 전열관의 직경 또는 간격을 함께 조절하여 연소가스의 진행방향에 따른 온도차를 보상할 수 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 배열회수보일러의 관류형 증발기 구조는 연소가스의 진행방향에 있어서, 상류쪽과 하류쪽의 온도차에 따른 증기 조건의 차이를 전열관의 직경 및 전열관의 간격을 조절하여 보상함으로써, 전열관의 상부에 위치한 상부헤더에 모이는 증기의 조건을 균등화할 수 있다는 장점이 있다.

이와 같이 증기의 조건이 균등해짐에 따라 증기의 생성 및 관리가 편리하며, 기수분리기로 물이 유입되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 기수분리기에 물이 유입됨에 따라 발생하는 열충격을 방지하여 기수분리기의 수명을 연장시킬 수 있다는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 배열회수보일러의 관류형 증발기 구조에 대한 기술적 사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적 으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

Claims (4)

1. 가스터빈에서 배출되는 연소가스의 진행방향에 대해 수직하게 위치한 전열관들을 구비한 것을 기술적 특징으로 하는 배열회수보일러의 관류형 증발기 구조.
2. 제1항에 있어서,

   상기 증발기는 증기 출구에 연결된 파이프들와, 상기 파이프들이 연결된 복수 개의 헤더를 포함하며, 상기 복수 개의 헤더와 기수분리기는 복수 개의 파이프에 의해 연결된 것을 특징으로 하는 배열회수보일러의 관류형 증발기 구조.
3. 가스터빈에서 배출되는 연소가스의 진행방향에 대해 수직하게 위치한 전열관들을 구비한 배열회수보일러의 관류형 증발기 구조에 있어서,

   상기 연소가스의 진행방향의 상류쪽에 위치한 전열관의 직경은 하류쪽에 위치한 전열관의 직경보다 상대적으로 크게 구성된 것을 특징으로 하는 배열회수보일러의 관류형 증발기 구조.
4. 가스터빈에서 배출되는 연소가스의 진행방향에 대해 수직하게 위치한 전열관들을 구비한 배열회수보일러의 관류형 증발기 구조에 있어서,

   상기 연소가스의 진행방향의 상류쪽에 위치한 전열관들 사이의 간격은 하류쪽에 위치한 전열관들 사이의 간격보다 상대적으로 넓게 구성된 것을 특징으로 하 는 배열회수보일러의 관류형 증발기 구조.

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