KR20120073006A - 다단응축장치 및 이를 구비한 발전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다단응축장치 및 이를 구비한 발전시스템에 관한 것으로, 증기를 공급받아 동력을 발생시키는 터빈부에서 최종 배기증기를 감온 응축시키는 복수기, 및 감온 응축된 복수(復水)를 보조터빈 배기측으로 일부 순환시켜 터빈부의 증기 온도를 감온시키는 바이패스부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 종래 기술과 달리 복수를 순환시켜 보조터빈의 배기측에서 일차적으로 증기를 응축 후 복수기에서 복수를 이차적으로 응축함으로써 다단 응축을 통해 복수기의 진공도를 향상시킬 수 있다.

Description

다단응축장치 및 이를 구비한 발전시스템{MULTI-STEP CONDENSING DEVICE AND GENERATING SYSTEM THEREOF}

본 발명은 다단응축장치 및 이를 구비한 발전시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수를 활용하여 주급수펌프를 구동하는 보조터빈으로부터 배출되는 배기증기를 복수기 전(前)측에서 일차적으로 응축하고, 복수기에서 이차적으로 최종 응축하여 다단 응축을 가능토록 함으로써, 복수기의 진공도를 향상시킬 수 있도록 하는 다단응축장치 및 이를 구비한 발전시스템에 관한 것이다.

기존의 발전 시스템은 보일러 또는 소각로로부터 발생되는 증기의 압력 및 공급량을 제어하는 스팀헤더와, 스팀헤더로부터 공급되는 증기를 이용하여 동력을 발생시키는 스팀터빈과, 스팀터빈의 회전축과 연결되어 회전축의 회전에 의해 전기를 생산하는 발전기와, 스팀터빈으로부터 배출되어 유입되는 증기를 응축하여 복수로 환원하는 복수기를 포함하여 이루어진다.

이와 같은 구성으로 이루어지는 발전 시스템에서 복수기의 진공도는 스팀터빈의 효율에 큰 영향을 끼친다. 즉, 복수기의 진공도가 높을수록 증기의 열 낙차가 커지게 되고, 이로 인해 스팀터빈은 더 많은 증기압을 받게 되어 스팀터빈의 효율이 향상될 수 있다. 이때, 복수기의 진공은 스팀터빈으로부터 배출되는 증기와 복수기와 연결된 해수튜브를 통해 유입되는 해수가 간접 접촉되어 열전달을 일으키는 과정 중 증기가 응축되어 복수화되고, 기존에 증기가 차지하고 있던 대부분의 공간은 기체 밀도가 급격히 낮아져 진공상태로 될 수 있다.

기존 발전 시스템의 복수기 진공은 증기량, 해수량, 기타 대기온도 및 해수온도 변화에 따라 크게 변화하게 됨에 따라 특히 하절기에 불안정한 상태를 나타냄으로써 발전 출력을 저감시키는 요인이 된다. 따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 복수를 활용하여 주급수펌프를 구동하는 보조터빈으로부터 배출되는 배기증기를 복수기 전(前)측에서 일차적으로 응축하고, 복수기에서 이차적으로 최종 응축하여 다단 응축을 가능토록 함으로써, 복수기의 진공도를 향상시킬 수 있도록 하기 위한 다단응축장치 및 이를 구비한 발전시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 다단응축장치는: 증기를 공급받아 동력을 발생시키는 터빈부에서 최종 배기증기를 감온 응축시키는 복수기, 및 감온 응축된 복수(復水)를 보조터빈의 배기측으로 일부 순환시켜 상기 복수기의 진공도를 향상시키는 바이패스부재를 포함한다.

상기 터빈부는 주터빈으로써 고압터빈, 중압터빈 및 저압터빈을 순서대로 배열되고, 상기 복수기는 상기 저압터빈에 연결되며, 상기 바이패스부재는 상기 복수기로 복수를 안내함이 바람직하다.

상기 복수기를 통과한 복수는 복수펌프에 의해 강제 펌핑되며, 상기 바이패스부재는 강제 펌핑되는 복수를 상기 복수기로 자연 유동 안내함이 바람직하다.

상기 복수기는 상기 주터빈의 배기증기와 상기 보조터빈의 배기증기를 공급받고, 상기 바이패스부재의 복수는 상기 보일러의 배기증기와 상기 보조터빈의 배기증기와 함께 상기 복수기로 유동함이 바람직하다.

상기 바이패스부재는 외기 상태에 따라 복수의 흐름량을 조절하기 위해 개폐밸브를 구비함이 바람직하다.

본 발명에 따른 발전시스템은: 보일러에서 발생한 초고온고압증기를 공급받아 동력을 발생시키는 터빈부, 상기 터빈부에 연결되어 보조터빈의 배기증기를 다단으로 감온 응축시키는 다단응축장치, 상기 터빈부로부터 응축된 복수를 펌핑하는 복수펌프, 및 복수를 가열하는 가열부를 포함한다.

상기 다단응축장치는, 상기 터빈부에서 최종 배기증기를 감온 응축시키는 복수기, 및 감온 응축된 복수(復水)를 보조터빈의 배기측으로 일부 순환시켜 상기 복수기의 진공도를 향상시키는 바이패스부재를 포함한다.

상기 터빈부는 주터빈으로써 고압터빈, 중압터빈 및 저압터빈을 순서대로 배열되고, 상기 복수기는 상기 저압터빈에 연결되며, 상기 바이패스부재는 상기 복수기로 복수를 안내함이 바람직하다.

상기 복수기는 주터빈의 배기증기와 상기 보조터빈의 배기증기를 공급받고, 상기 바이패스부재의 복수는 상기 보일러의 배기증기와 상기 보조터빈의 배기증기와 함께 상기 복수기로 유동함이 바람직하다.

상기 보일러의 배기증기는 직접적으로 상기 저압터빈으로 흐르도록 안내됨이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 다단응축장치 및 이를 구비한 발전시스템은 종래 기술과 달리 보조터빈에서의 배기증기를 복수기의 전측에서 일차적으로 응축시킨 후 복수기에서 배기증기를 이차적으로 응축하게 되어 다단 응축을 통해 복수기의 진공도를 향상시킴에 따라 발전출력을 향상시킬 수 있다.

그리고, 본 발명은 바이패스부재에 개폐밸브를 구비하여 증기량, 해수량, 기타 대기온도 및 해수온도 변화 등의 외기상태에 따라 터빈측으로 유입되는 복수의 양을 조절할 수 있어 발전출력을 일정하게 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다단응축장치를 구비한 발전시스템의 구성도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 다단응축장치 및 이를 구비한 발전시스템의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다단응축장치를 구비한 발전시스템의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발전시스템은 보일러(10), 터빈부(20), 다단응축장치(100), 복수펌프(40) 및 가열부(60)를 포함한다.

보일러(10)는 화석이나 가스를 연료로 사용하여 해수 등 물을 가열하는 설비이다. 이때, 보일러(10)는 초고온고압증기를 발생하게 된다.

그리고, 터빈부(20)는 보일러(10)로부터 증기를 공급받아 동력을 발생시킨다. 아울러, 터빈부(20)는 발전기(30)와 연결된다. 발전기(30)는 터빈부(20)로부터 발생되는 동력을 전달받아 전기를 발생시키는 역할을 한다.

이때, 터빈부(20)는 주터빈의 역할을 하는 것으로서, 고압터빈(22), 중압터빈(24) 및 저압터빈(26)을 순서대로 배열 형성한다. 즉, 터빈부(20)는 보일러(10)에서 발전기(30) 방향으로 고압터빈(22), 중압터빈(24) 및 저압터빈(26)을 순서대로 배치 형성한다.

여기서, 보일러(10)와 고압터빈(22)은 제 1배관(1)으로 연결된다. 그래서, 보일러(10)에서 발생되는 초고온고압증기는 제 1배관(1)을 통해 고압터빈(22)으로 이동하게 된다. 아울러, 보일러(10)와 중압터빈(24)은 제 2배관(2)으로 연결된다. 그래서, 보일러(10)에서 발생되는 초고온고압증기는 제 2배관(2)을 통해 중압터빈(24)으로 이동하게 된다.

물론, 고압터빈(22)을 통과한 배기증기가 배관(도시하지 않음)을 통해 중압터빈(24)으로 유입될 수 있으나, 이 경우, 배관에서는 열손실이 발생된다. 그래서, 고압터빈(22)과 중압터빈(24)은 보일러(10)로부터 직접적으로 초고온고압증기를 공급받음이 바람직하다. 이에 따라, 고압터빈(22)과 중압터빈(24)은 초고온고압증기에 견딜 수 있는 재질로 이루어진다. 편의상, 저압터빈(26)은 2개 구비되는 것으로 도시하나, 개수에 한정하지 않는다.

아울러, 중압터빈(24)과 저압터빈(26)은 제 3배관(3)으로 연결된다. 그래서, 중압터빈(24)을 통과한 배기증기는 제 3배관(3)을 통해 저압터빈(26)으로 유입된다.

또한, 다단응축장치(100)는 터빈부(20)와 보조터빈(50)의 배기측에 연결되어 배기증기를 다단으로 감온 응축시키는 역할을 한다. 이는, 후술할, 복수기(110)의 진공도를 향상시켜 발전출력을 상승시키기 위함이다.

여기서, 다단응축장치(100)는 복수기(110) 및 바이패스부재(120)를 포함한다.

복수기(110)는 터빈부(20)에서 최종 배기되는 증기를 감온 응축시키는 역할을 한다. 특히, 복수기(110)는 주터빈인 고압터빈(22)과 중압터빈(24) 및 저압터빈(26)에 일대일 대응되게 연결될 수 있으나, 저압터빈(26)에 연결됨이 바람직하다. 저압터빈(26)에서 토출되어 응축된 복수가 후술할, 가열부(60)로 유동하기 때문에 복수기(110)는 저압터빈(26)에만 구비된다.

아울러, 복수기(110)는 저압터빈(26)과 다른 개수로 이루어질 수 있으나, 응축효율을 향상시키기 위해 저압터빈(26)과 일대일 대응되게 배치됨이 바람직하다.

여기서, 복수기(110)와 저압터빈(26)이 연결되는 방식은 다양하게 적용할 수 있다.

또한, 복수기(110) 각각에서 응축된 복수는 모아져 가열부(60)로 유동하게 된다.

이때, 복수펌프(40)가 구비됨에 따라, 복수기(110)로부터 토출되는 복수는 강제 펌핑되어 가열부(60)로 유동된다.

더욱 상세히, 복수기(110)와 가열부(60)는 제 4배관(4)으로 연결된다. 그리고, 복수펌프(40)는 제 4배관(4)에 구비된다. 아울러, 제 4배관(4)은 복수기(110) 각각으로부터 복수를 모아 가열부(60)로 흐르게 한다. 물론, 복수펌프(40)가 제 4배관(4)에 설치되는 구조는 다양하게 적용 가능하다.

한편, 바이패스부재(120)는 감온 응축된 복수를 복수기(110)로 일부 순환시켜 복수기(110)의 진공도를 향상시키는 역할을 한다.

더욱 상세히, 제 4배관(4)을 통해 흐르는 복수의 일부는 바이패스부재(120)를 통해 터빈부(20)로 유입된다. 여기서, 바이패스부재(120)를 통해 흐르는 복수는 응축되기 직전에 복수기(110)로 안내됨이 바람직하다.

이는, 응축되며 상대적으로 저온 상태인 복수를 고온고압 상태인 증기를 갖는 복수기(110) 내부로 유입함으로써 고온고압 상태의 증기를 일차적으로 감온시켜 응축하기 위함이다.

즉, 복수기(110)는 주터빈(22,24,26)의 배기증기와 보조터빈(50)의 배기증기를 공급받고, 바이패스부재(120)의 복수는 보일러(10)의 배기증기와 보조터빈(50)의 배기증기와 함께 복수기(110)로 유동한다.

일차적으로 감온되어 부분적으로 응축된 증기는 복수기(110)를 통해 완전히 응축되며 복수로 상변화된다.

이로 인해, 복수기(110)는 진공도를 향상시킬 수 있고, 결과적으로, 발전출력이 증가하게 된다.

이때, 바이패스부재(120)는 다양하게 적용 가능하나, 제 4배관(4)에서 분기되는 배관으로 함이 바람직하다.

특히, 바이패스부재(120)는 복수기(110)와 복수펌프(40) 사이에 해당되는 제 4배관(4)에서 분기될 수도 있으나, 복수펌프(40)와 가열부(60) 사이에 해당되는 제 4배관(4)에서 분기됨이 바람직하다. 이는, 복수펌프(40)에 의해 강제 펌핑되는 복수를 바이패스부재(120)로 안내함으로써 복수의 자연 유동을 실현하기 위함이다. 이로 인해, 바이패스부재(120)는 별도의 펌프를 구비하지 않아도 된다.

한편, 중압터빈(24)을 거친 후 제 3배관(3)을 통해 저압터빈(26)으로 유입되는 배기증기는 압력이 소정 저하됨에 따라, 저압터빈(26)은 출력이 감소될 수 있다.

그래서, 보조터빈(50)이 보일러(10)와 연결되고, 저압터빈(26)과 연결된다.

다시 말해서, 보일러(10)는 보조터빈(50)과 제 5배관(5)을 통해 연결되고, 보조터빈(50)은 제 6배관(6)을 통해 저압터빈(26)과 연결된다.

따라서, 보조터빈(50)이 작동하면, 보일러(10)의 배기증기는 제 5배관(5)과 제 6배관(6)을 통해 저압터빈(26)으로 유입된다. 이로 인해, 저압터빈(26) 내부의 압력이 상승함에 따라 출력 감소는 방지된다.

특히, 바이패스부재(120)의 복수는 보일러(10)의 배기증기와 보조터빈(50)의 배기증기와 함께 복수기(110)로 유동한다.

다시 말해서, 바이패스부재(120)는 제 6배관(6)과 연결된다. 따라서, 바이패스부재(120)를 흐르는 복수는 제 6배관(6)을 흐르는 보일러(10)의 배기증기와 혼합된 채 복수기(110) 내부로 유입되고, 보조터빈(50)과 연결된다.

이때, 보일러(10)의 배기증기가 상대적으로 저압인 복수와 혼합됨에 따라, 보조터빈(50)을 통해 저압터빈(26) 내부로 유입되는 배기증기의 압력이 소정 저하된다.

그래서, 제 5배관(5)은 분기관(7)을 분기 형성하고, 분기관(7)은 제 3배관(3)과 연결된다. 그래서, 보일러(10)에서 가열된 배기증기 일부는 저압터빈(26)으로 직접 공급되고, 이로 인해, 저압터빈(26)의 압력 손실이 보상된다.

한편, 바이패스부재(120)는 외기 상태에 따라 복수의 흐름량을 조절하기 위해 개폐밸브(122)를 구비함이 바람직하다. 여기서, '외기 상태'는 계절이나 외기 온도에 따라 증기량, 해수량, 기타 대기온도 및 해수온도 변화 등을 의미한다. 개폐밸브(122)는 다양하게 적용 가능하고, 다양한 방식에 의해 바이패스부재(120)에 연결될 수 있다.

또한, 복수펌프(40)에 의해 펌핑되는 복수는 제 4배관(4)을 통해 가열부(60)로 강제 유동하게 된다.

일례로, 가열부(60)는 저압승압펌프(62), 저압급수가열기계통(63), 탈기기(64), 고압승압펌프(66) 및 고압급수가열기계통(67)을 포함한다.

즉, 제 4배관(4)을 통해 흐르는 복수는 저압승압펌프(62)에 의해 승압된 후 저압급수가열기계통(63)으로 보내진다. 이후, 저압급수가열기계통(63)을 통해 소정 가열된 온수는 탈기기(64)에서 공기가 제거된 상태로 고압승압펌프(66)와 고압급수가열기계통(67)을 통해 고온으로 가열된다.

고온으로 가열된 온수는 보일러(10)로 되돌아간다. 여기서, 저압승압펌프(62)와 고압승압펌프(66)는 편의상 분류한 것으로서, 동일한 종류의 펌프로 함이 바람직하다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10: 보일러 20: 터빈부
22: 고압터빈 24: 중압터빈
26: 저압터빈 30: 발전기
40: 복수펌프 50: 보조터빈
60: 가열부 100: 다단응축장치
110: 복수기 120: 바이패스부재
122: 개폐밸브

Claims (10)

1. 증기를 공급받아 동력을 발생시키는 터빈부에서 최종 배기증기를 감온 응축시키는 복수기; 및
   감온 응축된 복수(復水)를 보조터빈의 배기측으로 일부 순환시켜 상기 복수기의 진공도를 향상시키는 바이패스부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단응축장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 터빈부는 주터빈으로써 고압터빈, 중압터빈 및 저압터빈을 순서대로 배열되고;
   상기 복수기는 상기 저압터빈에 연결되며;
   상기 바이패스부재는 상기 복수기로 복수를 안내하는 것을 특징으로 하는 다단응축장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 복수기를 통과한 복수는 복수펌프에 의해 강제 펌핑되며;
   상기 바이패스부재는 강제 펌핑되는 복수를 상기 복수기로 자연 유동 안내하는 것을 특징으로 하는 다단응축장치.
   
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
   상기 복수기는 상기 주터빈의 배기증기와 상기 보조터빈의 배기증기를 공급받고;
   상기 바이패스부재의 복수는 상기 보일러의 배기증기와 상기 보조터빈의 배기증기와 함께 상기 복수기로 유동하는 것을 특징으로 하는 다단응축장치.
   
5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 바이패스부재는 외기 상태에 따라 복수의 흐름량을 조절하기 위해 개폐밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 다단응축장치.
   
6. 보일러에서 발생한 초고온고압증기를 공급받아 동력을 발생시키는 터빈부;
   상기 터빈부에 연결되어 보조터빈의 배기증기를 다단으로 감온 응축시키는 다단응축장치;
   상기 터빈부로부터 응축된 복수를 펌핑하는 복수펌프; 및
   복수를 가열하는 가열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전시스템.
   
7. 제 6항에 있어서, 상기 다단응축장치는,
   상기 터빈부에서 최종 배기증기를 감온 응축시키는 복수기; 및
   감온 응축된 복수(復水)를 보조터빈의 배기측으로 일부 순환시켜 상기 복수기의 진공도를 향상시키는 바이패스부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전시스템.
   
8. 제 7항에 있어서,
   상기 터빈부는 주터빈으로써 고압터빈, 중압터빈 및 저압터빈을 순서대로 배열되고;
   상기 복수기는 상기 저압터빈에 연결되며;
   상기 바이패스부재는 상기 복수기로 복수를 안내하는 것을 특징으로 하는 발전시스템.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 복수기는 주터빈의 배기증기와 상기 보조터빈의 배기증기를 공급받고;
   상기 바이패스부재의 복수는 상기 보일러의 배기증기와 상기 보조터빈의 배기증기와 함께 상기 복수기로 유동하는 것을 특징으로 하는 발전시스템.
   
10. 제 9항에 있어서,
    상기 보일러의 배기증기는 직접적으로 상기 저압터빈으로 흐르도록 안내되는 것을 특징으로 하는 발전시스템.

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