KR20130098418A

KR20130098418A - 증기 터빈 시스템 및 그 난기 방법

Info

Publication number: KR20130098418A
Application number: KR1020137016506A
Authority: KR
Inventors: 에이지 사이토
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2012-02-06
Publication date: 2013-09-04
Also published as: CN103282607A; KR101520561B1; WO2012117810A1; JP2012180775A; JP5683321B2; CN103282607B

Abstract

보일러 부하에 따라 변화하는 보일러로부터의 증기 에너지에 관계없이 터빈 차실 온도를 안정적으로 유지할 수 있는 증기 터빈 시스템 및 그 난기 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 증기 터빈 시스템 (1) 은, 고압 터빈 (2H) 에 형성되고, 주증기관 (L1-1) 으로부터 분기된 난기용 증기관 (L2) 에서 고중압 터빈 차실 (3) 내로 주보일러 (4H) 로부터 배출된 증기를 공급하는 공급구 (9) 와, 고중압 터빈 차실 (3) 의 차실 내외 온도를 측정하는 온도 측정부 (12, 13) 와, 난기용 증기관 (L2) 에 형성되고, 측정된 차실 내외 온도에 기초하여 고중압 터빈 차실 (3) 내로 공급되는 증기의 압력을 조정하는 압력 제어 밸브 (7) 를 구비한다.

Description

증기 터빈 시스템 및 그 난기 방법{STEAM TURBINE SYSTEM AND WARMUP METHOD THEREFOR}

본 발명은, 보일러에서 터빈으로 증기가 공급되는 증기 터빈 시스템 및 그 난기 (暖機) 방법에 관한 것이다.

선박용 주기 (主機) 로서 증기 터빈을 사용하는 선박에서는, 터미널 정박시에 지진 또는 해일 경보가 발령되었을 때 등에 대응하여 선박을 바로 이안 (離岸) 할 수 있도록, 정박 중에도 터빈을 난기해 둘 필요가 있다. 터빈을 난기해 둠으로써, 단계적인 운전에 의한 난기 과정을 거치지 않고 항만 전속 항행이 가능해진다.

특허문헌 1 에는, 증기 터빈선에 있어서의 정박 중의 난기 운전에서 출항시의 통상 운전으로 이행시킬 때의 과제를 해결하는 기술이 개시되어 있다.

일본 특허공보 제4184849호

터빈을 난기하기 위한 증기는, 보일러로부터 선박 전진 운전시에 사용되는 고압 터빈에 접속되는 주증기관과, 주증기관으로부터 분기된 지관 (枝管) (이하, 난기용 증기관이라고도 한다), 및 터빈에 형성된 공급구를 통하여 터빈 차실 (車室) 내부에 공급된다. 난기용 증기관에는, 제어부에 의해 제어되면서 증기 압력을 조정하는 압력 조정 밸브가 형성된다. 또한, 이하에서는, 고압 터빈, 중압 터빈 및 저압 터빈 등, 복수의 터빈으로 이루어지는 증기 터빈 시스템인 경우의 모든 터빈을 총칭하여 간단히「터빈」이라고도 한다.

관련 기술에서는, 터빈에 유입되는 난기 증기량은, 일의적으로 정해진 증기 압력이 되도록 조정되었다. 즉, 미리 설정된 하나의 증기 압력 이외의 값으로는 설정되지 않고, 적절한 난기 증기를 공급하는지의 여부였다.

보일러로부터 공급되는 증기는, 보일러 부하에 따라 증기 온도, 즉 증기가 갖는 에너지가 변화한다. 그 때문에, 일의적으로 정해진 증기 압력이 되도록 난기 증기량을 제어하는 경우, 터빈을 항상 기대할 수 있는 상태로 난기할 수 없었다. 즉, 난기용 증기관에 있어서의 증기 압력과 터빈 차실 온도의 관계를 사전 시험에 의해 확인할 수도 있지만, 실운전에서는 보일러 부하에 따라 증기 온도가 변화하기 때문에, 증기 압력을 일의적으로 정해진 값이 되도록 조정하는 방법으로는 터빈을 항상 적절히 난기할 수 없다.

또, 터빈에 일의적으로 정해진 압력의 증기가 공급되도록 조정하는 경우, 보일러로부터 공급되는 증기의 온도가 저하되어, 난기 증기의 온도가 낮아지면, 비용적의 관계에서 터빈에 유입되는 증기 유량이 증가한다. 그 때문에, 저압 터빈에 필요 이상의 증기가 흐르고, 저압 터빈을 지나치게 데워 저압 터빈이 과난기 상태가 된다는 문제가 있었다.

본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 보일러 부하에 따라 변화하는 보일러로부터의 증기 에너지에 관계없이 터빈 차실 온도를 안정적으로 유지할 수 있는 증기 터빈 시스템 및 그 난기 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 증기 터빈 시스템 및 그 난기 방법은 이하의 수단을 채용한다.

즉, 본 발명의 제 1 양태에 관련된 증기 터빈 시스템은, 제 1 터빈에 형성되고, 주증기관으로부터 분기된 분기 증기관에서 제 1 터빈 차실 내로 보일러로부터 배출된 증기를 공급하는 공급구와, 제 1 터빈 차실의 차실 내외 온도를 측정하는 제 1 온도 측정부와, 분기 증기관에 형성되고, 측정된 차실 내외 온도에 기초하여 제 1 터빈 차실 내로 공급되는 증기의 압력을 조정하는 압력 제어부를 구비한다.

상기 양태에 의하면, 증기가 보일러로부터 배출되어 주증기관을 통과한 후, 그 증기는 주증기관으로부터 분기된 분기 증기관을 통과하여 제 1 터빈 차실 내로 공급된다. 또, 제 1 터빈 차실의 차실 내외 온도가 측정되고, 측정된 차실 내외 온도에 기초하여, 제 1 터빈 차실 내로 공급되는 증기의 압력이 조정된다. 따라서, 제 1 터빈 차실 내로 공급되는 증기의 압력은 일정하지 않고, 제 1 터빈 차실의 차실 내외 온도에 따라 변화한다.

한편, 관련 기술로서, 제 1 터빈 차실에 공급되는 증기의 압력이 일의적으로 정해져 있는 경우, 보일러로부터 배출된 증기의 온도 조건에 따라, 제 1 터빈 차실에 공급되는 증기 유량이 변화한다. 그 때문에, 보일러로부터 배출되는 증기의 온도 조건에 영향을 받아 제 1 터빈을 적절히 난기할 수 없다. 상기 양태에서는, 측정된 차실 내외 온도에 따라, 제 1 터빈 차실에 공급되는 증기 유량이 제어되기 때문에, 보일러로부터 배출되는 증기의 온도 조건에 관계없이 제 1 터빈을 적절히 난기할 수 있다.

예를 들어, 제 1 터빈 차실의 차실 내외 온도가 소정의 온도 하한보다 낮을 때에는, 제 1 터빈 차실 내로 공급되는 증기의 압력을 상승시키고, 제 1 터빈에 유입되는 에너지를 증가시켜, 난기 부족을 해소한다. 반대로, 제 1 터빈 차실의 차실 내외 온도가 소정의 온도 상한보다 높을 때에는, 제 1 터빈 차실 내로 공급되는 증기의 압력을 저하시키고, 제 1 터빈에 유입되는 에너지를 감소시켜, 과난기를 방지한다.

상기 양태에 있어서, 제 1 터빈 차실에서 제 2 터빈 차실로 공급된 후, 제 2 터빈 차실로부터 배출되는 증기의 배기 온도를 측정하는 제 2 온도 측정부를 추가로 구비하고, 압력 제어부는, 측정된 차실 내외 온도 및 배기 온도에 기초하여, 제 1 터빈 차실 내로 공급되는 증기의 압력을 조정하는 구성으로 해도 된다.

상기 구성에 의하면, 보일러로부터 배출된 증기는 제 1 터빈 차실을 통과하여 제 1 터빈 차실에서 제 2 터빈 차실로 공급된 후, 제 2 터빈 차실을 통과하여 제 2 터빈 차실로부터 배기된다. 그리고, 제 2 터빈 차실로부터 배출되는 증기의 배기 온도가 측정되고, 측정된 차실 내외 온도 및 배기 온도에 기초하여, 제 1 터빈 차실 내로 공급되는 증기의 압력이 조정된다. 따라서, 제 1 터빈 차실의 차실 내외 온도뿐만 아니라, 제 2 터빈 차실로부터 배출되는 증기의 배기 온도에 따라, 제 1 터빈 차실에 공급되는 증기의 압력이 변화한다. 그 때문에, 제 2 터빈 차실로부터 배출되는 증기의 배기 온도가 지표가 되어, 제 1 터빈뿐만 아니라 제 2 터빈도 적절히 난기할 수 있다.

예를 들어, 제 2 터빈 차실로부터 배출되는 증기의 배기 온도가 소정의 온도 상한보다 높을 때에는, 제 1 터빈 차실 내로 공급되는 증기의 압력을 저하시키고, 제 1 터빈에 유입되는 에너지를 감소시켜, 과난기를 방지한다.

상기 구성에 있어서, 제 1 터빈 차실에서 재열기로 증기를 공급하는 재열 증기관과, 분기 증기관에서 재열 증기관 내로 증기를 공급하는 난관용 (暖管用) 증기관을 추가로 구비하고, 압력 제어부는, 측정된 차실 내외 온도 또는 배기 온도에 기초하여 난관용 증기관 내로 공급되는 증기의 압력을 조정하는 구성으로 해도 된다.

상기 구성에 의하면, 재열기가 형성되고, 제 1 터빈 차실에서 재열기로 증기가 공급되는 재열 사이클의 증기 터빈 시스템에 있어서, 분기 증기관에서 재열 증기관 내로 증기가 공급된다. 그리고, 측정된 차실 내외 온도 또는 배기 온도에 기초하여, 제 1 터빈 차실 및 재열 증기관 내로 공급되는 증기의 압력이 조정된다. 따라서, 제 1 터빈 차실에 공급되는 증기의 압력뿐만 아니라, 재열 증기관에 공급되는 증기의 압력이 변화한다. 그 때문에, 제 1 터빈이나 제 2 터빈뿐만 아니라, 재열 증기관도 적절히 난관할 수 있다.

또, 본 발명의 제 2 의 양태에 관련된 증기 터빈 시스템의 난기 방법은, 주증기관으로부터 분기된 분기 증기관에서 제 1 터빈 차실 내로 보일러로부터 배출된 증기를 공급하는 단계와, 제 1 터빈 차실의 차실 내외 온도를 측정하는 단계와, 분기 증기관에서, 측정된 차실 내외 온도에 기초하여 제 1 터빈 차실 내로 공급되는 증기의 압력을 조정하는 단계를 구비한다.

상기 양태에 의하면, 측정된 차실 내외 온도에 따라, 제 1 터빈 차실에 공급되는 증기 유량이 조정되기 때문에, 보일러로부터 배출되는 증기의 온도 조건에 관계없이 제 1 터빈을 적절히 난기할 수 있다.

본 발명에 의하면, 보일러 부하에 따라 변화하는 보일러로부터의 증기 에너지에 관계없이 터빈 차실 온도를 안정적으로 유지할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 증기 터빈 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2 는 고중압 터빈 차실의 하반 (下半) 차실을 나타내는 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 증기 터빈 시스템의 동작을 나타내는 플로우 차트이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시형태의 변형예에 관련된 증기 터빈 시스템을 나타내는 구성도이다.

이하, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 증기 터빈 시스템 (1) 의 구성에 대해 도 1 을 사용하여 설명한다. 도 1 은 본 실시형태에 관련된 증기 터빈 시스템 (1) 을 나타내는 구성도이다.

증기 터빈 시스템 (1) 은, 고압 터빈 (2H), 중압 터빈 (2M) 및 저압 터빈 (2L) 과, 주보일러 (4H) 와, 재열기 (4R) 등으로 이루어진다. 고압 터빈 (2H) 과 중압 터빈 (2M) 은 고중압 터빈 차실 (3) 내부에 수납되고, 저압 터빈 (2L) 은 저압 터빈 차실 (5) 내부에 수납된다. 또한, 이하에서는, 고압 터빈 (2H), 중압 터빈 (2M) 및 저압 터빈 (2L) 을 총칭하여 간단히「터빈」이라고도 한다.

증기 터빈 시스템 (1) 은, 고압 터빈 (2H) 으로부터 배출된 증기를 재열기 (4R) 에 의해 재가열하고, 재가열된 증기를 중압 터빈 (2M) 에 공급하여 팽창시키는 재열 사이클을 적용하고 있다.

선박 전진 운전시에 주보일러 (4H) 에서 고압 터빈 (2H) 으로 공급되는 주증기는, 도 1 에 나타내는 주증기관 (L1-1, L1-2) 을 통과하여 고압 터빈 (2H) 에 공급된다.

증기 터빈 시스템 (1) 은 터빈 난기 시스템을 갖는다. 터빈 난기 시스템은, 주보일러 (4H) 로부터 공급되는 증기에 의해 고압 터빈 (2H), 중압 터빈 (2M) 및 고중압 터빈 차실 (3) 을 데움으로써, 증기 터빈 시스템 (1) 을 난기 상태로 유지한다.

고압 터빈 (2H) 이나 중압 터빈 (2M) 및 고중압 터빈 차실 (3) 을 난기하기 위한 증기는, 주보일러 (4H) 로부터 고압 터빈 (2H) 에 접속되는 주증기관 (L1-1) 과, 주증기관 (L1-1) 으로부터 분기된 지관인 난기용 증기관 (L2), 압력 제어 밸브 (7), 차단 밸브 (8) 및 공급구 (9) 등으로 이루어지는 터빈 난기 시스템을 통하여 고중압 터빈 차실 (3) 에 공급된다. 이와 같이, 터빈 난기 시스템은 고압 터빈 (2H) 의 바로 앞에 형성되고, 고중압 터빈 차실 (3) 내에 보일러 (4H) 로부터 배출된 증기를 공급한다. 난기용 증기관 (L2) 에 형성되는 압력 제어 밸브 (7) 는, 터빈 난기 상태에 적합한 에너지를 고중압 터빈 차실 (3) 내에 유입시킬 수 있도록 제어부 (6) 에 의해 조정되고, 증기 압력을 제어한다.

제어부 (6) 는, 온도 측정부 (12, 13, 14) 에서 측정된 온도에 기초하여, 압력 제어 밸브 (7) 를 가변 조정한다. 압력 제어 밸브 (7) 에 의해, 난기용 증기관 (L2) 을 흐르는 증기는 다양한 압력으로 변경된다. 온도 측정부 (12, 13) 는 제 1 온도 측정부의 일례이며, 온도 측정부 (12) 는 고압 터빈 (2H) 에 있어서의 고중압 터빈 차실 (3) 의 차실 내외 온도를 측정하고, 온도 측정부 (13) 는 중압 터빈 (2M) 에 있어서의 고중압 터빈 차실 (3) 의 차실 내외 온도를 측정한다. 온도 측정부 (14) 는 제 2 온도 측정부의 일례이며, 저압 터빈 (2L) 으로부터 배출된 증기의 배기 온도를 측정한다.

또, 난기용 증기관 (L2) 에는, 난기 중 이외에 증기가 공급구 (9) 로부터 고중압 터빈 차실 (3) 에 유입되지 않도록 증기를 차단하는 차단 밸브 (8) 가 형성된다.

터빈 난기 시스템은, 터미널 정박시에 지진 또는 해일 경보가 발령되었을 때 등에 대응하여 선박을 바로 이안할 수 있도록, 정박 중에 있어서 터빈을 난기한다. 터빈 난기는 선박 운전시 등의 상태에서 터빈이 구동되고 있는 동안에는 실시되지 않고, 터미널에서 하역 작업 중 등의 상태에서 터빈이 정지되어 있는 경우나 스탠바이 모드에 있는 경우에 실시된다.

터빈 난기 중에는, 고중압 터빈 차실 (3) 이나 저압 터빈 차실 (5) 에 유입되는 증기의 에너지에 의해 터빈이 유전 (遊轉) 해서는 안된다. 그 때문에, 터빈 정지 (靜止) 상태에서 터빈을 구동 가능하게 하는 기동 토크 상당의 증기 유량이나 증기 에너지가 고중압 터빈 차실 (3) 이나 저압 터빈 차실 (5) 에 유입되지 않도록, 난기용 증기의 증기 압력이 제어된다. 본 실시형태에서는, 난기용 증기관 (L2) 을 흐르는 증기의 압력에 상한을 설정하거나, 저압 터빈 (2L) 으로부터 배출되는 증기의 배기 온도에 상한을 설정함으로써, 난기용 증기의 증기 압력을 조정한다.

또한, 고중압 터빈 차실 (3) 의 차실 내외 온도는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 특별히 주증기의 입구측에서 고압 터빈 (2H) 이나 중압 터빈 (2M) 마다 1 개의 지점씩 측정하는 것으로 해도 되지만, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 터빈 축 방향이나 터빈의 래디얼 방향으로 복수 지점에서 측정해도 된다. 도 2 는 고중압 터빈 차실 (3) 의 하반 차실을 나타내는 단면도이다.

고중압 터빈 차실 (3) 은, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 고압 터빈 (2H) 및 중압 터빈 (2M) 을 내부에 수납하는 공간 (S) 을 갖는다. 도 2 중의 고중압 터빈 차실 (3) 의 좌단 (左端) 이 고압 터빈 (2H) 의 배기측이고, 도 2 중의 고중압 터빈 차실 (3) 의 우단 (右端) 이 중압 터빈 (2M) 의 배기측이다. 그리고, 도 2 중의 고중압 터빈 차실 (3) 의 중간부가 고압 터빈 (2H), 중압 터빈 (2M) 모두 증기 입구측이 된다.

고중압 터빈 차실 (3) 에는, 고압측 입구의 차실 내 온도 센서 (31H) 와, 고압측 입구의 차실 외 온도 센서 (32H) 와, 중압측 입구의 차실 내 온도 센서 (31M) 와, 중압측 입구의 차실 외 온도 센서 (32M) 가 형성된다. 제어부 (6) 에 있어서의 제어는, 주로 고압측 입구의 차실 내 온도 센서 (31H), 고압측 입구의 차실 외 온도 센서 (32H), 중압측 입구의 차실 내 온도 센서 (31M) 및 중압측 입구의 차실 외 온도 센서 (32M) 의 측정 신호에 기초하여 실시된다.

고압측 입구의 차실 내 온도 센서 (31H) 및 고압측 입구의 차실 외 온도 센서 (32H) 는, 주증기가 고압 터빈 (2H) 에 유입되는 영역으로서, 고중압 터빈 차실 (3) 의 내벽면과 볼트공 (41) 사이의 거리가 가장 떨어져 있는 점을 포함하는 가상 단면에 있어서의 차실 (3) 의 내벽면 (공간에 인접한 영역의 온도) 및 외벽면의 온도를 측정하는 것이다. 동일하게, 중압측 입구의 차실 내 온도 센서 (31M) 및 중압측 입구의 차실 외 온도 센서 (32M) 는, 재열 증기가 중압 터빈 (2M) 에 유입되는 영역으로서, 차실 (3) 의 내벽면과 볼트공 (41) 사이의 거리가 가장 떨어져 있는 점을 포함하는 가상 단면에 있어서의 차실 (3) 의 내벽면 및 외벽면의 온도를 측정하는 것이다.

또한, 고중압 터빈 차실 (3) 에 고압측 출구의 차실 내 온도 센서 (33H) 와, 고압측 출구의 차실 외 온도 센서 (34H) 와, 중압측 출구의 차실 내 온도 센서 (33M) 와, 중압측 출구의 차실 외 온도 센서 (34M) 를 형성하여, 고중압 터빈 차실 (3) 의 온도를 측정하고, 제어부 (6) 에 있어서의 제어에 사용해도 된다. 고압측 출구의 차실 내 온도 센서 (33H), 고압측 출구의 차실 외 온도 센서 (34H), 중압측 출구의 차실 내 온도 센서 (33M) 및 중압측 출구의 차실 외 온도 센서 (34M) 의 측정 신호는 참고 정보로서 사용된다.

고압측 출구의 차실 내 온도 센서 (33H) 및 고압측 출구의 차실 외 온도 센서 (34H) 는, 주증기가 고압 터빈 (2H) 으로부터 유출되는 영역의 가상 단면에 있어서의 차실 (3) 의 내벽면 및 외벽면의 온도를 측정하는 것이다. 동일하게, 중압측 출구의 차실 내 온도 센서 (33M) 와 중압측 출구의 차실 외 온도 센서 (34M) 는, 재열 증기가 중압 터빈 (2M) 으로부터 유출되는 영역의 가상 단면에 있어서의 차실 (3) 의 내벽면 및 외벽면의 온도를 측정하는 것이다.

그 밖에도, 고중압 터빈 차실 (3) 에 고압측 입구 볼트 온도 센서 (35H) 와, 중압측 입구 볼트 온도 센서 (35M) 와, 고압측 출구 볼트 온도 센서 (36H) 와, 중압측 출구 볼트 온도 센서 (36M) 를 형성하여, 볼트공 (41) 중의 볼트의 온도를 측정하고, 제어부 (6) 에 있어서의 제어의 참조 온도로서 사용해도 된다. 고압측 입구 볼트 온도 센서 (35H), 중압측 입구 볼트 온도 센서 (35M), 고압측 출구 볼트 온도 센서 (36H) 및 중압측 출구 볼트 온도 센서 (36M) 의 측정 신호는, 대응하는 볼트의 온도가 인접하는 고중압 터빈 차실 (3) 의 차실 내외 온도와 연동하여 변화하였는지의 여부를 확인하거나 하기 위해 사용된다.

다음으로, 본 실시형태에 관련된 증기 터빈 시스템 (1) 의 동작에 대해 도 3 을 사용하여 설명한다. 도 3 은 본 실시형태에 관련된 증기 터빈 시스템 (1) 의 동작을 나타내는 플로우 차트이다.

터빈의 난기 유지는, 터빈 내로의 입열이나 터빈으로부터의 방열·배열, 터빈의 보열 등의 열량 밸런스에 의해 달성되는 점에서, 본 실시형태에서는, 터빈이 난기를 유지할 수 있었는지의 여부의 판단은 온도를 사용하여 정량적으로 실시한다.

구체적으로는, 일단 정상 상태에 도달한 고중압 터빈 차실 (3) 의 차실 내외 온도가 터빈의 난기 유지 상태로서 적절한지의 여부를 제어부 (6) 가 판단한다. 난기 유지 상태가 부족한 경우에는, 난기용 증기관 (L2) 을 흐르는 증기 유량을 증가시켜 고중압 터빈 차실 (3) 내부에 대한 공급 열량을 늘리거나, 난기 유지 상태가 과잉인 경우에는 난기용 증기관 (L2) 을 흐르는 증기 유량을 줄여 고중압 터빈 차실 (3) 내부에 대한 공급 열량을 제한하거나 한다.

즉, 고중압 터빈 차실 (3) 의 차실 내외 온도에 따라 터빈 난기 시스템의 효과를 정량 평가하고, 터빈에 있어서 적당한 난기 상태가 되도록, 고중압 터빈 차실 (3) 에 유입되는 증기 유량을 제어한다.

관련 기술에서는, 난기용 증기관을 흐르는 증기는 미리 설정된 압력 (P1) 으로 고정되어 있었다. 그 때문에, 터빈 차실 온도는 계측되었다 하더라도, 터빈 차실에 유입되는 증기의 상태에 따라 변화하는 결과로써 계측될 뿐이었다.

본 실시형태에서는, 먼저, 증기가 난기용 증기관 (L2) 에 유입되도록 증기 마스터 밸브가 개방되고, 동시에 난기용 증기관 (L2) 내에 모인 물이 드레인 밸브의 개방에 의해 배출된다 (단계 S1). 다음으로, 난기용 증기가 고중압 터빈 차실 (3) 에 유입되도록 차단 밸브 (8) 가 개방된다 (단계 S2). 이 때, 압력 제어 밸브 (7) 후의 난기용 증기의 실압력 (P0) 이 난기 증기 설정 압력 (P1) 으로서 먼저 조정된다 (단계 S3). 그리고, 열적 포화 상태에 이를 때까지 그 상태가 유지된다 (단계 S4). 여기서, 포화 상태란, 예를 들어 온도 변화율이 1 ℃/hr 보다 작을 때이다.

난기용 증기를 공급하고 있을 때, 터빈 배기 온도 (TE) 가, 과난기 상태의 기준이 되는 터빈 배기 온도 상한 (TEmax) (예를 들어 75 ℃) 에 대하여, TE ＜ TEmax 가 되고, 또한 터빈 차실벽 실온도 (T0) 가 타깃 차실 온도 하한 (TL) (예를 들어 200 ℃) 이나 타깃 차실 온도 상한 (TH) (예를 들어 250 ℃) 에 대하여, TL ＜ T0 ＜ TH 가 되도록 난기 증기 설정 압력 (P1) 이 제어된다. 이로써, 난기 상태는, TE ＜ TEmax 또한 TL ＜ T0 ＜ TH 가 되는 압력 (P1) 으로 유지된다.

여기서, 터빈 배기 온도 (TE) 는, 저압 터빈 (2L) 으로부터 배기된 증기의 온도, 즉 온도 측정부 (14) 에서 측정된 온도이다. 터빈 차실벽 실온도 (T0) 는, 예를 들어 도 2 에서 나타낸 고압측 입구의 차실 내 온도 센서 (31H), 고압측 입구의 차실 외 온도 센서 (32H), 중압측 입구의 차실 내 온도 센서 (31M) 및 중압측 입구의 차실 외 온도 센서 (32M) 에 기초한 측정 온도로, 이들 센서로부터 얻어지는 평균 온도 또는 어느 한 점의 온도 등이다.

단계 S5 에서, 터빈 배기 온도 (TE) 에 대해 TE ＜ Tmax 인지의 여부가 판단되고, TE ≥ TEmax 인 경우, 과난기로 판단되어 현 상황의 난기 증기 설정 압력 (P1) 에 대하여 설정 압력 (P1) 을 낮추기 위한 압력 폭 (β) 을 감소시켜, P1 ＝ P1 － β 로 한다 (단계 S11). 이로써, 고중압 터빈 차실 (3) 에 유입되는 에너지를 감소시켜, 과난기를 방지한다.

또, 단계 S6 에서, 터빈 차실벽 실온도 (T0) 에 대해 T0 ＞ TL 인지의 여부가 판단되고, T0 ≤ TL 인 경우, 난기 부족으로 판단되어 현 상황의 난기 증기 설정 압력 (P1) 에 대하여 설정 압력 (P1) 을 높이기 위한 압력 폭 (α) 을 상승시켜, P1 ＝ P1 ＋ α 로 한다 (단계 S8). 이로써, 고중압 터빈 차실 (3) 에 유입되는 에너지를 상승시켜, 난기 부족을 해소한다. 이 때, 설정 압력 (P1) 은 난기 증기 압력 상한 (Pmax) 에 대하여 P1 ＜ Pmax 를 만족시키는지의 여부가 판단된다 (단계 S9). 설정 압력 (P1) 은 P1 ＜ Pmax 의 범위에서 제어되는데, 설정 압력 (P1) 이 P1 ＝ Pmax 가 되어 난기 증기 압력 상한 (Pmax) 에 도달해도, 터빈 차실벽 실온도 (T0) 가 타깃 차실 온도 하한 (TL) 에 도달하지 않고 T0 ＞ TL 이 되지 않는 경우에는, 현 상황의 증기 온도 (증기 에너지) 에서는 타깃 차실 온도를 달성할 수 없다. 그 때문에, 오퍼레이터에게 증기 상태의 개선, 예를 들어 보일러 부하를 높여 증기 온도를 상승시키는 등의 주의를 재촉한다.

또한, 단계 S7 에서, 터빈 차실벽 실온도 (T0) 에 대해 T0 ＜ TH 인지의 여부가 판단되고, T0 ≥ TH 인 경우에도 과난기로 판단되어 현 상황의 난기 증기 설정 압력 (P1) 을 P1 ＝ P1 － β 로 한다 (단계 S11). 이로써, 고중압 터빈 차실 (3) 에 유입되는 에너지를 감소시켜, 과난기를 방지한다.

다음으로, 도 4 를 참조하여 본 발명의 일 실시형태의 변형예에 대해 설명한다. 도 4 는 본 발명의 일 실시형태의 변형예에 관련된 증기 터빈 시스템 (11) 을 나타내는 구성도이다.

본 변형예의 증기 터빈 시스템 (11) 에서는, 터빈 난기 시스템에 있어서의 제어 대상을 고중압 터빈 차실 (3) 뿐만 아니라, 재열 증기관도 대상으로 한다. 재열 증기관은, 고압 터빈 (2H) 으로부터 재열기 (4R) 를 통과하여 중압 터빈 (2M) 에 이를 때까지의 배관이다. 본 변형예는, 도 1 의 증기 터빈 시스템과 비교하여 난관용 증기관 (L3) 이 형성되는 점이 상이하다.

재열 증기관을 난관하기 위한 증기는, 주보일러 (4H) 로부터 고압 터빈 (2H) 에 접속되는 주증기관 (L1-1) 과, 주증기관 (L1-1) 으로부터 분기된 지관인 난기용 증기관 (L2) 과, 난기용 증기관 (L2) 으로부터 분기된 난관용 증기관 (L3) 을 통과하여 재열 증기관에 공급된다. 난관용 증기관 (L3) 에는, 난기 중 이외에 증기가 재열 증기관에 유입되지 않도록 증기를 차단하는 차단 밸브 (15) 가 형성된다.

본 변형예에 의하면, 측정된 터빈 차실벽 실온도 (T0) 또는 배기 온도에 기초하여, 재열 증기관 내로 공급되는 증기의 압력이 조정된다. 따라서, 고중압 터빈 차실 (3) 에 공급되는 증기의 압력뿐만 아니라, 재열 증기관에 공급되는 증기의 압력이 변화한다. 그 때문에, 고압 터빈 (2H) 이나 중압 터빈 (2M) 뿐만 아니라, 재열 증기관도 적절히 난관할 수 있다. 따라서, 증기 터빈 시스템을 갑자기 구동시키는 경우에도, 재열 증기관이 급속히 가열되지 않아, 재열 증기관에 관련된 열 응력을 저감시킬 수 있다.

또한, 재열 증기관을 난관하는 경우, 고중압 터빈 차실 (3) 에 부여되는 열량은 난관에 이용되는 만큼 감소하기 때문에, 조정되는 난기 증기 설정 압력 (P1) 은 상기 서술한 실시형태의 설정 압력 (P1) 보다 커진다.

이상, 본 발명의 일 실시형태 및 변형예에 의하면, 기대되는 터빈 난기 상태가 유지되도록 증기 압력이 제어되고, 증기의 온도 조건에 관계없이 유입되는 증기 에너지를 능동적으로 조정할 수 있어, 난기 상태가 적절히 유지된다. 그 결과, 터미널 정박시에 해일 경보가 발령되었을 때 등에 대응하여 선박을 바로 이안할 수 있다. 또, 보일러 부하에 관계없이 터빈 차실 내외 온도나 터빈 배기 온도의 타깃값에 가까워지도록, 증기에 의한 유입 에너지를 제어할 수 있기 때문에, 터빈의 과난기나 난기 부족을 방지할 수 있다.

또, 보일러로부터 공급되는 증기의 온도가 저하되어 난기 증기의 온도가 낮아진 경우, 관련 기술에서는 터빈에 일의적으로 정해진 압력의 증기가 공급되도록 조정하기 위해, 비용적의 관계에서 터빈에 유입되는 증기 유량이 증가한다. 그 때문에, 저압 터빈에 필요 이상의 증기가 흐르고, 저압 터빈을 지나치게 데워 저압 터빈이 과난기 상태가 된다는 문제가 있었다. 한편, 본 실시형태 및 변형예에서는, 저압 터빈 (2L) 으로부터 배기된 증기의 온도인 터빈 배기 온도 (TE) 를 지표로 하여 증기 압력이 제어되기 때문에, 과난기 상태에서는 난기 증기의 유량이 줄어들어 저압 터빈 (2L) 의 과난기를 방지할 수 있다.

또한, 상기 설명에서는, 증기 터빈 시스템 (1) 이 재열 사이클을 적용하는 경우에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 재열기 (4R) 나 재열 증기관을 형성하지 않은 랭킨 사이클을 적용한 증기 터빈 시스템에서도, 본 발명의 터빈 난기 시스템을 설치할 수 있어 터빈을 적절히 난기할 수 있다.

1, 11 : 증기 터빈 시스템
2H : 고압 터빈
2M : 중압 터빈
2L : 저압 터빈
3 : 고중압 터빈 차실 (제 1 터빈 차실)
4H : 주보일러 (보일러)
4R : 재열기
5 : 저압 터빈 차실 (제 2 터빈 차실)
6 : 제어부
7 : 압력 제어 밸브 (압력 제어부)
8, 15 : 차단 밸브
9 : 공급구
12, 13 : 온도 측정부 (제 1 온도 측정부)
14 : 온도 측정부 (제 2 온도 측정부)
L1 : 주증기관
L2 : 난기용 증기관 (분기 증기관)
L3 : 난관용 증기관

Claims

제 1 터빈에 형성되고, 주증기관으로부터 분기된 분기 증기관에서 상기 제 1 터빈 차실 내로 보일러로부터 배출된 증기를 공급하는 공급구와,
상기 제 1 터빈 차실의 차실 내외 온도를 측정하는 제 1 온도 측정부와,
상기 분기 증기관에 형성되고, 측정된 상기 차실 내외 온도에 기초하여 상기 제 1 터빈 차실 내로 공급되는 상기 증기의 압력을 조정하는 압력 제어부를 구비하는 증기 터빈 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 터빈 차실에서 제 2 터빈 차실로 공급된 후, 상기 제 2 터빈 차실로부터 배출되는 상기 증기의 배기 온도를 측정하는 제 2 온도 측정부를 추가로 구비하고,
상기 압력 제어부는, 측정된 상기 차실 내외 온도 및 상기 배기 온도에 기초하여, 상기 제 1 터빈 차실 내로 공급되는 상기 증기의 압력을 조정하는 증기 터빈 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 터빈 차실에서 재열기로 증기를 공급하는 재열 증기관과,
상기 분기 증기관에서 상기 재열 증기관 내로 증기를 공급하는 난관용 증기관을 추가로 구비하고,
상기 압력 제어부는, 측정된 상기 차실 내외 온도 또는 상기 배기 온도에 기초하여 상기 난관용 증기관 내로 공급되는 상기 증기의 압력을 조정하는 증기 터빈 시스템.
주증기관으로부터 분기된 분기 증기관에서 제 1 터빈 차실 내로 보일러로부터 배출된 증기를 공급하는 단계와,
상기 제 1 터빈 차실의 차실 내외 온도를 측정하는 단계와,
상기 분기 증기관에서, 측정된 상기 차실 내외 온도에 기초하여 상기 제 1 터빈 차실 내로 공급되는 상기 증기의 압력을 조정하는 단계를 구비하는 증기 터빈 시스템의 난기 방법.