KR20060090404A - Waste heat recovery system for steam power plant - Google Patents
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Abstract
본 발명은 보일러, 터빈, 복수기, 및 급수펌프를 포함하여 구성되는 증기동력플랜트에서, 상기 복수기의 내부에 설치되어 상기 터빈에서 팽창되어 상기 복수기 내부로 유입된 증기와 직접 혼합되는 냉각수를 분무하는 냉각수분무기; 상기 냉각수분무기와 연결되는 제1배관; 상기 제1배관을 통하여 상기 냉각수분무기에 냉각수를 공급하는 냉각수탱크; 상기 복수기 내부에서 냉각된 응축수를 배출하는 제2배관; 상기 제2배관을 통하여 배출된 응축수를 저장하는 온수탱크; 상기 온수탱크에 저장된 응축수를 배출하는 제3배관; 상기 제3배관에 연결되어 응축수가 보유하고 있는 열량을 회수하는 외부열교환기; 상기 외부열교환기에서 열량이 회수된 응축수를 상기 냉각수탱크로 회수하는 제4배관; 및, 상기 제3배관에서 분기되며 상기 보일러와 연결되는 제5배관;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 증기동력플랜트의 폐열회수장치에 관한 것이다.The present invention is a steam power plant comprising a boiler, a turbine, a condenser, and a feed water pump, the cooling water is installed in the condenser and sprayed with the cooling water which is expanded in the turbine directly mixed with the steam introduced into the condenser sprayer; A first pipe connected to the cooling water sprayer; A cooling water tank supplying cooling water to the cooling water sprayer through the first pipe; A second pipe discharging the condensed water cooled inside the condenser; A hot water tank storing condensed water discharged through the second pipe; A third pipe for discharging the condensed water stored in the hot water tank; An external heat exchanger connected to the third pipe to recover heat stored in the condensed water; A fourth pipe for recovering the condensed water recovered from the heat exchanger to the cooling water tank; And a fifth pipe branched from the third pipe and connected to the boiler. 2. The waste heat recovery apparatus of the steam power plant according to claim 1, wherein the fifth pipe is connected to the boiler.
냉각수분무기, 온수탱크, 냉각수탱크, 외부열교환기, 내부열교환기, 제1배관, 제2배관, 제3배관, 제4배관, 제5배관 Cooling water sprayer, hot water tank, cooling water tank, external heat exchanger, internal heat exchanger, 1st pipe, 2nd pipe, 3rd pipe, 4th pipe, 5th pipe
Description
도1은 열병합장치의 계통도로서, 도1(a)는 이상적인 열병합장치의 계통도이고, 도1(b)는 보다 실제적인 열병합장치의 계통도이다.FIG. 1 is a system diagram of a cogeneration apparatus, FIG. 1 (a) is a system diagram of an ideal cogeneration apparatus, and FIG. 1 (b) is a system diagram of a more practical cogeneration apparatus.
도2는 종래의 급수가열기가 구비된 증기동력플랜트의 계통도 및 T-s 선도이다.2 is a system diagram and T-s diagram of a steam power plant equipped with a conventional feed water heater.
도3는 본 발명의 구체적 실시예의 계통도이다.3 is a schematic diagram of a specific embodiment of the present invention.
도4는 본 발명의 다른 구체적 실시예의 계통도이다.4 is a schematic diagram of another specific embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100:복수기100: multiplexer
110:냉각수분무기110: cooling water spray
120:순환수펌프120: circulating water pump
130:내부열교환기130: internal heat exchanger
200:온수탱크200: hot water tank
300:냉각수탱크300: cooling water tank
400:외부열교환기400: external heat exchanger
10:제1배관 20:제2배관10: first piping 20: second piping
30:제3배관 40:제4배관30: 3rd piping 40: 4th piping
50:제5배관50: fifth piping
기술분야Technical Field
본 발명은 보일러, 터빈, 복수기, 및 급수펌프를 포함하여 구성되는 증기동력플랜트의 열효율을 높이기 위하여 복수기의 내부에 냉각수분무기가 설치되고 복수기와 연결되는 온수탱크 및 냉각수탱크가 별도로 구비되는 폐열회수장치에 관한 것이다.The present invention is a waste heat recovery device having a hot water tank and a coolant tank connected to the condenser and installed in the condenser to increase the thermal efficiency of the steam power plant including a boiler, a turbine, a condenser, and a feed water pump. It is about.
종래기술Prior art
보일러, 터빈, 복수기 및 급수펌프를 포함하여 구성되는 증기동력플랜트는 급수펌프에서 압축된 액체를 보일러에서 가열하여 과열된 증기로 변환시키고, 과열된 증기는 터빈에서 팽창하면서 터빈을 회전시켜 발전을 하고 복수기로 유입된다. 복수기로 유입된 증기는 하천수 또는 공기 등과 같은 냉각매체와의 열교환을 통하여 가지고 있던 열을 방출하면서 응축된다.The steam power plant, which includes a boiler, a turbine, a condenser and a feed water pump, converts the liquid compressed in the feed water pump into a superheated steam by heating it in a boiler, and the superheated steam generates electricity by rotating the turbine while expanding in the turbine. Flows into the condenser. The steam introduced into the condenser is condensed while releasing the heat that it had through heat exchange with a cooling medium such as river water or air.
이와 같이 응축되는 과정에서 사용되는 하천수와 같은 냉각매체는 통상적으로 복수기 내부의 증기와 열교환을 한 후 증기가 가지고 있던 열에너지의 상당 부분을 지닌 채 외부로 방출되어 활용되지 못하게 된다. 이러한 문제점을 해결하여 폐열을 가치있는 에너지 형태로 다시 사용하는 방안이 모색되고 있으며, 대표적인 방법이 도1에 도시된 열병합장치이다.The cooling medium such as the river water used in the condensation process is usually heat exchanged with the steam inside the condenser and then released to the outside with a large portion of the thermal energy of the steam cannot be utilized. In order to solve these problems, a method of using waste heat as a valuable energy form is being sought, and a representative method is a cogeneration device illustrated in FIG. 1.
도1(a)에 도시된 것은 이상적인 열병합장치의 계통도로서 증기동력플랜트에서 복수기가 사라지고 공정히터로 대체되어 복수기를 통하여 방출되던 폐열을 공정에 유용한 에너지로 재활용할 수 있도록 구성되어 있으나 실제적으로 운용되는 모델은 아니며, 열병합장치의 이상적이 모델의 하나로서 제시된 것이다. 1 (a) is a schematic diagram of an ideal cogeneration system, in which a condenser disappears from a steam power plant and is replaced by a process heater to recycle waste heat discharged through the condenser into energy useful for a process, but is actually operated. It is not a model, but the ideal of the cogeneration device is presented as one of the models.
도1(b)에 도시된 것은 보다 실제적인 열병합장치로서 가변부하를 가진 열병합장치의 계통도를 도시하고 있다.1 (b) shows a schematic diagram of a cogeneration device having a variable load as a more practical cogeneration device.
이와 같이 폐열의 형태로 버려지던 열에너지의 일부를 공정에 유용한 에너지로 재활용하는 열병합장치의 경우 그 효율을 높이기 위해서는 공정히터에서 유용한 에너지로 재활용하는 것과 함께 터빈에서 발생되는 일(work)을 증가시키는 것이 무엇보다도 중요한 해결과제이다.In the case of the cogeneration system that recycles a part of the thermal energy that has been discarded in the form of waste heat as energy useful for the process, it is necessary to increase the work generated in the turbine along with the recycling of the useful energy from the process heater. Above all, it is an important challenge.
다시 말하면 터빈에서 발생되는 일을 증가시킴과 동시에 적절한 수단을 구비하여 폐열로 버려지는 열에너지를 유용한 에너지로 재활용할 필요가 있는 것이다.In other words, there is a need to increase the work generated in the turbine and at the same time have appropriate means to recycle the thermal energy that is wasted as waste heat into useful energy.
한편, 도2에는 종래의 급수가열기(FWH : feedwater heater)가 구비된 증기동력플랜트의 계통도 및 T-s 선도가 도시되어 있다. 급수가열기는 터빈에서 추기된 증기를사용하여 보일러로 순환되는 급수(feedwater)를 1차적으로 가열하는 장치로서, 보일러에서 공급되는 열에너지를 감소시켜 전체적인 열효율을 상승시킬 수 있다.On the other hand, Figure 2 shows a schematic diagram and T-s diagram of a steam power plant equipped with a conventional feedwater heater (FWH). The feed water heater is a device that primarily heats the feedwater circulated to the boiler by using steam extracted from the turbine, and increases the overall thermal efficiency by reducing the thermal energy supplied from the boiler.
이와 같이 급수가열기를 이용할 경우 열효율을 개선할 뿐만 아니라 터빈의 마지막 단계에서 낮은 압력에서의 큰 비체적에 기인한 증기의 큰 체적유량율을 제어하는데도 도움이 되나, 추기에 상당한 에너지가 소비되는 문제점도 아울러 지니고 있으며, 복수기에서 방출되는 폐열을 이용할 수 없다는 문제점이 있다.The use of feedwater heaters not only improves thermal efficiency, but also helps to control the large volumetric flow rate of the steam due to the large specific volume at low pressures in the last stage of the turbine. In addition, there is a problem that can not use the waste heat emitted from the condenser.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인은 터빈에서 발생되는 일(work)을 증가시키고, 복수기에서 방출되는 폐열을 유용한 에너지로 재활용하고, 별도의 추기를 위한 에너지의 소비를 방지하여 열효율을 획기적으로 개선할 수 있는 증기동력플랜트의 폐열회수장치를 개발하게 되었다.In order to solve this problem, the applicant increases work generated in the turbine, recycles waste heat emitted from the condenser into useful energy, and prevents consumption of energy for a separate extraction, thereby dramatically improving thermal efficiency. The company has developed a waste heat recovery system for steam power plant.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 본 발명의 목적은 다음과 같다.The object of the present invention created to solve the above problems is as follows.
첫째, 보다 효과적인 응축방법을 제공하여 터빈에서 발생되는 일을 증가시킬 수 있는 수단을 제공함을 본 발명의 목적으로 한다.First, it is an object of the present invention to provide a means to increase the work occurring in the turbine by providing a more effective condensation method.
둘째, 복수기에서 냉각수단으로 사용되는 냉각수를 외부로 배출하지 않고 재활용할 수 있는 수단을 제공함을 본 발명의 다른 목적으로 한다.Second, another object of the present invention is to provide a means for recycling the cooling water used as the cooling means in the condenser without discharging to the outside.
셋째, 터빈으로부터 증기를 추기하지 않더라도 열효율을 개선할 수 있는 수단을 제공하여 추기에 필요한 에너지의 소모를 방지하고 전체적인 구조를 단순화하여 경제성을 추구함을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.Third, another object of the present invention is to provide a means for improving thermal efficiency even if steam is not extracted from a turbine, thereby preventing the consumption of energy required for extraction and simplifying the overall structure to pursue economic efficiency.
넷째, 과다한 냉각수 배출로 인한 생태계 파괴를 방지할 수 있는 친환경적 증기동력플랜트를 제공함을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.
Fourth, it is another object of the present invention to provide an eco-friendly steam power plant that can prevent ecosystem destruction due to excessive cooling water discharge.
상기한 목적을 달성하기 위하여 창작된 본 발명은 다음과 같이 구성된다.The present invention created to achieve the above object is configured as follows.
본 발명은 보일러, 터빈, 복수기, 및 급수펌프를 포함하여 구성되는 증기동력플랜트에서, 상기 복수기의 내부에 설치되어 상기 터빈에서 팽창되어 상기 복수기 내부로 유입된 증기와 직접 혼합되는 냉각수를 분무하는 냉각수분무기; 상기 냉각수분무기와 연결되는 제1배관; 상기 제1배관을 통하여 상기 냉각수분무기에 냉각수를 공급하는 냉각수탱크; 상기 복수기 내부에서 냉각된 응축수를 배출하는 제2배관; 상기 제2배관을 통하여 배출된 응축수를 저장하는 온수탱크; 상기 온수탱크에 저장된 응축수를 배출하는 제3배관; 상기 제3배관에 연결되어 응축수가 보유하고 있는 열량을 회수하는 외부열교환기; 상기 외부열교환기에서 열량이 회수된 응축수를 상기 냉각수탱크로 회수하는 제4배관; 및, 상기 제3배관에서 분기되며 상기 보일러와 연결되는 제5배관;을 포함하여 구성된다.The present invention is a steam power plant comprising a boiler, a turbine, a condenser, and a feed water pump, the cooling water is installed in the condenser and sprayed with the cooling water which is expanded in the turbine directly mixed with the steam introduced into the condenser sprayer; A first pipe connected to the cooling water sprayer; A cooling water tank supplying cooling water to the cooling water sprayer through the first pipe; A second pipe discharging the condensed water cooled inside the condenser; A hot water tank storing condensed water discharged through the second pipe; A third pipe for discharging the condensed water stored in the hot water tank; An external heat exchanger connected to the third pipe to recover heat stored in the condensed water; A fourth pipe for recovering the condensed water recovered from the heat exchanger to the cooling water tank; And a fifth pipe branched from the third pipe and connected to the boiler.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구체적 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a specific embodiment of the present invention.
본 발명의 구체적 실시예는 도3 및 도4에 도시되어 있는데, 도4는 도3과는 달리 내부열교환기(130)가 추가로 구비되어 있다.A specific embodiment of the present invention is shown in Figures 3 and 4, which, unlike Figure 3, is further provided with an internal heat exchanger (130).
도3 및 도4에 도시된 바와 같이 보일러에서 고온 고압으로 과열된 과열증기가 터빈에서 팽창하면서 열에너지의 일정 부분을 운동에너지로 전환시켜 발전을 하고 난 후, 에너지 준위가 낮아진 팽창된 증기는 복수기(100)로 유입되어 응축된다.3 and 4, after the superheated steam superheated at a high temperature and high pressure in a boiler expands in a turbine and converts a portion of thermal energy into kinetic energy to generate power, the expanded steam whose energy level is lowered is a condenser ( Condensed into 100).
종래에는 복수기 내부로 유입된 증기와 이러한 증기를 냉각시키는 냉각수가 직접 접촉되어 혼합되지 않았다. 즉, 냉각수는 별도의 배관을 통하여 복수기 주변 또는 내부를 지나가면서 증기와 열교환이 이루어졌으며, 열교환을 통하여 온도가 상승된 냉각수는 외부로 방출되고 복수기에는 새로운 냉각수가 다시 외부로부터 유입되어 사용되었다. Conventionally, the steam introduced into the condenser and the cooling water for cooling the steam are not directly contacted and mixed. That is, the cooling water was exchanged with the steam while passing around or inside the condenser through a separate pipe, and the coolant whose temperature was increased through the heat exchange was discharged to the outside, and the new condenser was introduced from the outside into the condenser.
본 발명의 경우 복수기(100)의 내부에는 팽창된 증기와 직접 혼합되어 증기를 응축시키는 냉각수분무기(110)가 구비된다.In the case of the present invention, the interior of the
냉각수탱크(300)로부터 제1배관(10)을 통하여 이송된 냉각수는 냉각수분무기(110)를 통하여 복수기(100) 내부로 유입된 증기에 직접 분무되어 증기를 응축시키는 것이다.The cooling water transferred from the
이 경우 냉각수탱크(300)로부터 이송되어 분무되는 냉각수의 온도는 30 ℃ 내지 40 ℃ 정도이며, 냉각수에 의하여 응축되는 증기의 온도는 300 ℃ 내지 400 ℃ 정도가 된다.In this case, the temperature of the cooling water transferred from the
냉각수와 혼합되면서 에너지 준위가 낮아진 증기는 응축되어 냉각수와 함께 복수기(100)의 내부에 저장된다.The steam, which is lowered in energy level while being mixed with the cooling water, is condensed and stored in the
이 경우 냉각수 및 응축수의 혼합액의 온도는 85 ℃ 내지 95 ℃ 정도가 된다. In this case, the temperature of the liquid mixture of cooling water and condensate will be about 85 to 95 degreeC.
복수기(100) 내부에 저장된 냉각수 및 응축수의 혼합액은 순환수펌프(120)에 의하여 제2배관을 통하여 온수탱크(200)로 이송된다.The mixed liquid of the cooling water and the condensate stored in the
온수탱크(200)로 이송된 냉각수 및 응축수의 혼합액의 일부는 제3배관(30)을 통하여 외부열교환기(400)로 이송된다.A portion of the mixed liquid of the cooling water and the condensate transferred to the
첨부도면에는 도시되어 있지 않으나 제3배관(30) 또는 제4배관(40)에도 별도의 펌프를 추가로 장착하여 혼합액의 이송이 보다 원할하게 이루어지도록 할 수도 있다.Although not shown in the accompanying drawings, the
외부열교환기(400)에서 혼합액이 가지고 있는 열에너지의 상당부분을 난방용 열원 등과 같은 유용한 에너지로 재활용한다. In the
외부열교환기(400)에서 열교환이 이루어지고 나면 혼합액의 온도는 30 ℃ 내지 40 ℃ 로 하강하게 된다.After the heat exchange is performed in the
온도가 하강된 혼합액은 제4배관(40)을 통하여 다시 냉각수탱크(300)로 순환되어 냉각수로 재사용된다.The mixed liquid whose temperature is lowered is circulated back to the
또한 제3배관(30)으로부터 분기된 제5배관(50)은 보일러와 연결된다.In addition, the
제5배관(50)에는 도3 및 도4에 도시된 바와 같이 급수펌프가 구비되어 온수탱크(200)로 이송된 냉각수 및 응축수의 혼합액의 나머지 일부를 보일러로 이송하게 된다.The
보일러로 이송된 혼합액은 과열증기로 변환되어 터빈을 구동하고 다시 복수기(100)로 유입되어 응축되는 순환과정이 되풀이 된다.The mixed liquid transferred to the boiler is converted into superheated steam to drive a turbine, and the circulation process of condensing by entering the
이미 알려진 바와 같이 터빈 효율을 개선하기 위해서는 과열증기가 가지고 있는 열에너지를 운동에너지로 보다 많이 변환시킬 필요가 있다.As already known, in order to improve turbine efficiency, it is necessary to convert more heat energy of superheated steam into kinetic energy.
운동에너지로 보다 많이 변환시키기 위해서는 터빈의 출구에 해당하는 복수기(100) 내부의 온도 및 압력을 낮출 필요가 있으며 통상적으로 복수기(100) 내부에는 대기압 이하의 압력이 작용하게 된다.In order to convert more into kinetic energy, it is necessary to lower the temperature and pressure in the
터빈의 효율을 더욱 더 개선하기 위해서는 복수기(100) 내부의 압력을 더욱 더 낮출 필요가 있는데 압력이 낮아질수록 증기가 응축되는 온도도 함께 낮아지게 된다.In order to further improve the efficiency of the turbine, it is necessary to lower the pressure inside the
따라서 복수기(100) 내부의 압력이 진공상태에 접근하게 되면 증기가 응축될 수 있는 온는 더욱 더 낮아지게 되어도 복수기(100)에서 증기를 보다 효과적으로 응축하기 위해서는 증기의 냉각을 보다 효과적으로 처리할 필요가 있다.Therefore, when the pressure inside the
이와 같이 냉각효율을 개선하기 위하여 도4에 도시된 바와 같이 냉각수분무기(110)의 상부에 별도의 내부열교환기(130)를 추가로 설치할 수도 있다.As such, as shown in FIG. 4, an additional
내부열교환기(130)는 제2배관(20)을 통하여 복수기(100)에서 배출되는 냉각수 및 응축수의 혼합액을 이용하여 복수기(100) 내부로 유입된 증기를 1차적으로 냉각하게 된다The
이와 같이 내부열교환기(130)을 이용하여 복수기(100)로 유입된 증기를 1차적으로 냉각하고 난 후 냉각수분무기(110)를 이용하여 2차적으로 냉각하여 증기를 효과적으로 응축할 수 있다. 이 때 복수기(100)에서 배출되는 냉각수 및 응축수 혼합물의 온도는 50 ℃ 내지 60 ℃가 된다.As described above, the steam introduced into the
이러한 혼합액은 내부열교환기(130)에서 복수기(100) 내부로 유입된 증기와 열교환을 하면서 증기가 가지고 있는 열에너지를 얻어 85 ℃ 내지 95 ℃ 정도로 온도가 상승되어 온수탱크(200)로 이송된다.The mixed solution is heat-exchanged with the steam introduced into the
도4에 도시된 본 발명의 다른 실시예의 나머지 작동 내용은 도3에 도시된 바와 동일한 바, 이하에서 중복된 기재를 생략한다.The rest of the operation of the other embodiment of the present invention shown in FIG. 4 is the same as that shown in FIG.
상기한 기술적 구성에 따른 본 발명의 기술적 효과는 다음과 같다.The technical effects of the present invention according to the above technical configuration are as follows.
첫째, 보다 효과적인 응축방법을 제공하여 터빈에서 발생되는 일을 증가시킬 수 있다.First, it can increase the work occurring in the turbine by providing a more effective condensation method.
다시 말하면, 본 발명은 증기에 직접 냉각수를 분무하는 냉각수분무기(110) 및 내부열교환기(130)를 이용하여 터빈에서 팽창된 후 복수기(100)로 유입된 증기를 보다 효과적으로 응축할 수 있는 바, 복수기(100) 내부에 적용되는 압력을 보다 낮출 수 있어 터빈효율을 획기적으로 개선할 수 있다.In other words, the present invention can be used to more effectively condense the steam introduced into the
둘째, 복수기에서 냉각수단으로 사용되는 냉각수를 외부로 배출하지 않고 재활용할 수 있다.Second, the cooling water used as the cooling means in the condenser can be recycled without being discharged to the outside.
다시 말하면, 본 발명은 복수기(100)에서 사용된 냉각수를 외부를 배출하는 것이 아니라 외부열교환기(400)에서 유용한 에너지로 재활용한 후 다시 냉각수탱크(300)로 순환시켜 재사용하는 것을 특징으로 하는 바, 냉각수로 사용될 수 있는 하천수나 해수의 공급이 원할하지 않는 경우에도 정상적인 시스템작동이 가능하다.In other words, the present invention is characterized in that the coolant used in the
셋째, 터빈으로부터 증기를 추기하지 않더라도 열효율을 개선할 수 있어 추기에 필요한 에너지의 소비를 방지하고 전체적인 구조를 단순화하여 경제성을 추구할 수 있다.Third, even if steam is not extracted from the turbine, the thermal efficiency can be improved, thereby preventing the consumption of energy required for the extraction and simplifying the overall structure, it is possible to pursue economics.
다시 말하면, 외부열교환기(400)를 이용하여 냉각수 및 응축수의 혼합액에 포함되어 있는 열에너지를 난방용 열원으로 사용하는 등의 유용한 에너지로 재활용하여 증기동력플랜트의 전체적인 열효율을 획기적으로 개선할 뿐만 아니라 복수기(100)의 구조를 개선하여 터빈 효율도 아울러 개선하였으며, 별도의 추기과정이 포함되지 않아 전체적인 시스템 구조를 단순화 할 수 있으며, 추기과정에서 요구되는 에너지의 소모도 방지할 수 있다.In other words, by using the
넷째, 과다한 냉각수 배출로 인한 생태계 파괴를 방지할 수 있는 친환경적 증기동력플랜트를 제공함을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.Fourth, it is another object of the present invention to provide an eco-friendly steam power plant that can prevent ecosystem destruction due to excessive cooling water discharge.
다시 말하면, 본 발명은 냉각수를 반복 사용할 수 있는 것을 특징으로 하고 있는 바, 냉각수의 과다한 배출로 인한 생태계 파괴의 위험을 최소화 할 수 있다.In other words, the present invention is characterized in that the cooling water can be used repeatedly, it is possible to minimize the risk of ecosystem destruction due to excessive discharge of the cooling water.
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