KR20130098856A - 증기 발생기의 작동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유동 매체 측에서 병렬로 연결된 복수의 증발기 가열면(2, 4, 8)을 갖는 연소실을 구비한 증기 발생기(1)의 작동 방법에 관한 것으로서, 특히 긴 내구 연한 및 특히 낮은 고장 가능성을 갖는 것이 가능해야 한다. 이를 위해 제2 증발기 가열면(2)의 인렛(10)에서보다 더 낮은 온도를 갖는 유동 매체가 제1 증발기 가열면(4)의 인렛(12)에 제공된다.

Description

증기 발생기의 작동 방법{METHOD FOR OPERATING A STEAM GENERATOR}

본 발명은 유동 매체 측에서 병렬로 연결된 복수의 증발기 가열면을 갖는 연소실을 구비한 증기 발생기의 작동 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 유형의 증기 발생기에 관한 것이다.

증기 발생기는 가열 및 작동 목적을 위해 (예를 들어 증기 터빈의 작동을 위해) 고온 및 고압의 증기를 발생하려는 목적에 이용되는 밀폐형 가열 용기이거나 압력 파이프 시스템이다. 예를 들어 발전소에서 에너지를 발생하는 경우와 같이 증기 동력 및 증기 압력이 특히 높은 경우에, 유동 매체가 - 일반적으로 물이 - 증기 발생기 파이프들 안에 위치하는 수관 보일러가 이용된다. 고체 연소의 경우에도 수관 보일러가 이용되는데, 각각의 원료의 연소를 통해 열 발생이 이루어지는 연소실이 파이프벽의 배치를 통해 임의로 설계될 수 있기 때문이다.

그러므로 수관 보일러로서 형성된 상기 유형의 증기 발생기는 연소실을 포함하며, 이와 같은 연소실의 주벽은 적어도 부분적으로 파이프벽으로, 즉 기밀하게 용접된 증기 발생기 파이프로 형성된다. 유동 매체 측에서 상기 증기 발생기 파이프들은 먼저 증발기를 형성하며, 증발되지 않은 매체가 상기 증발기 안으로 유입되어 증발된다. 이와 같은 경우에 상기 증발기는 일반적으로 상기 연소실의 최고온의 영역에 배치된다. 유동 매체 측에서 경우에 따라서는 물과 증기의 분리를 위한 장치 및 과열기가 상기 증발기 하류에 연결되며, 여기서 증기는 증발 온도 이상으로 가열되어, 후속하는 화력 기계(thermal power machine), 예를 들어 증기 터빈에서 높은 효율을 얻는다. 유동 매체 측에서 상기 증발기의 상류에는 예열기(소위 절탄기)가 연결될 수 있는데, 이는 폐열이나 잔열을 이용하여 공급수를 예열하므로 전체 시스템의 효율도 향상시킨다.

증기 발생기의 유형 및 기하 구조에 따라, 연소실 내에 추가의 증기 발생기 파이프가 배치될 수 있으며, 이러한 파이프는 유동 매체 측에서 주벽을 형성하는 증기 발생기 파이프에 병렬로 연결되어 있다. 추가의 증기 발생기 파이프는 예를 들어 하나의 내벽으로 통합되거나 용접될 수 있다. 이와 같은 경우에 상기 연소실 내에서 증기 가열면들 또는 내벽들의 희망하는 배치에 따라, 내벽들을 유동 매체 측에서 서로 연이어 연결하고 내벽의 증기 발생기 파이프들을 중간 컬렉터에 의해 연결하는 것이 필요할 수 있다.

이는 유동층 연소를 갖는 증기 발생기를 위한 소위 "팬트-래그" 디자인을 갖는 경우이다. 이런 경우에 연소실 내에서 대칭적으로 배치된, 적어도 부분적으로 추가의 증기 발생기 파이프로 형성된 2개의 내벽이 유동 매체 측에서 중간 컬렉터의 상류에 연결되어 있다. 상기 중간 컬렉터 내에서는 상류에 연결된 내벽으로부터 매체 흐름이 합쳐지고 상기 중간 컬렉터는 하류에 연결된 내벽을 위한 인렛 컬렉터로서 이용된다. 팬트-레그 디자인의 경우 연료 혼합물의 양호한 혼합과 이에 따른 연소측의 분배와 관련된 가능한 문제가 감소된다.

그러나 특정 작동 상태들에서 중간 컬렉터 안에서 이미 0보다 큰 증기 함량이 발생할 수 있다. 그와 같은 증기 함량의 경우, 간단한 컬렉터를 이용해서는 하류에 연결된 내벽에 매체를 균일하게 분배할 수 없으므로, 물/증기 혼합물의 분리가 발생할 수 있다. 그러므로 하류에 연결된 내벽의 개별 파이프들은 상기 파이프들의 과열될 수 있는 개연성이 매우 높을 정도로 이미 이들의 인렛에서 높은 증기 함량 또는 엔탈피를 가질 수 있다. 그와 같은 과열은 작동이 더 길어지면 파이프의 손상을 초래할 수 있다.

그러므로 본 발명의 과제는 증기 발생기의 내구연한이 특히 길고 고장 가능성이 특히 낮은 것을 가능하게 하는, 위에서 언급한 유형의 증기 발생기 및 증기 발생기의 작동 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제는 본 발명에 따라서 제2 증발기 가열면의 인렛에서보다 더 낮은 온도를 갖는 유동 매체가 제1 증발기 가열면의 인렛에 제공됨으로써 해결된다.

이런 경우에 본 발명은 과도하게 높은 증기 함량 또는 엔탈피에 의한 증기 발생기 파이프의 과열이 억제됨으로써 증기 발생기 내 증발기의 특히 긴 내구연한 및 특히 낮은 고장 가능성을 얻을 수도 있다는 생각에 근거한다. 특히 이런 경우 컬렉터가 중간에 연결되면 이미 부분적으로 증발된 유동 매체가 하류에 연결된 증기 발생기 파이프에 불균일하게 분배됨으로써, 높은 증기 함량이 발생한다. 그러므로 이와 같은 불균일한 분배는 중간 컬렉터에서 물과 증기로 이루어진 이상 혼합물(two-phase mixture)의 억제를 통해 방지되어야 한다. 이를 달성하려면, 중간 컬렉터 상류에 연결된 내벽들이 파이프들로 구성되지 않아서, 상기 매체가 과냉각되고 추가적 예열 없이 중간 컬렉터 안으로 유입되어야 한다. 그러나 이와 같은 해법은 구조적 단점들을 수반한다. 그러므로 상기 유동 매체의 온도는 오히려 증기 발생기 내의 인렛에서 감소되어야 한다.

그러나 상기 유동 매체의 인렛 온도의 감소는 증기 공정의 낮은 효율을 초래한다. 이는 희망하는 바가 아니며, 게다가 그와 같은 유형의 감소는 덜 가열된 증기 발생기 파이프에서 또는 중간 컬렉터 없는 파이프벽에서 - 특히 증기 발생기의 주벽에서 - 불필요하다. 그러므로 이와 같은 증기 발생기 파이프에서 효율 개선을 위해서는 인렛 온도의 감소가 이루어져서는 안된다.

이는, 하류에 연결된 중간 컬렉터를 -예를 들어 팬트-레그 디자인의 내벽들들- 갖는 증발기 가열면에 다른 증발기 가열면보다 더 낮은 온도를 갖는 유동 매체가 공급됨으로써 달성될 수 있다.

효율을 개선하기 위해 또는 가열면 장치의 최적화를 위해, 증기 발생기의 내벽과 주벽의 인렛들 상류에 예열기가 연결되어 있다. 이러한 예열기는 유동 매체의 예열을 위해 폐열을 사용한다. 폐열의 사용을 통해 발생된 더 낮은 배기가스 온도에 의해 증기 발생기의 더 높은 전체 효율이 달성된다. 그러므로 증기 발생기의 특히 간단한 구조가 가능한데, 증기 발생기의 주벽과 내벽에서 상이한 온도가 예열 장치에서 구조적 조치를 통해 달성되는, 즉 상이한 예열 정도를 갖는 매체의 제공을 통해 달성된다. 이를 위해 바람직하게 상기 유동 매체의 제1 부분이 예열기를 지나간다. 이는 브릿징 라인을 이용해 이루어질 수 있다. 그러므로 구조적으로 간단하게 예열 장치의 예열기의 브릿징이 달성되며 유동 매체의 브릿징된 부분 안으로 더 적은 열유입이 달성된다. 그 후 유동 매체의 브릿징된 부분은 더 낮은 온도를 갖는 제1 증발기 가열면의 인렛에 제공될 수 있다.

이런 경우에 더 차가운 유동 매체를 공급받는 증발기 가열면에서 지나치지 않게 감소된 온도를 얻기 위해, 상기 유동 매체의 제1 부분이 유동 매체 측에서 상기 예열기 하류에서 분기된 제2 부분과 유리하게 혼합되어야 한다. 이로써, 제1 증발기 가열면에 제공되는 유동 매체의 온도가 특히 적절하게 감소되는 것이 달성된다.

이때 바람직하게 제2 부분 흐름의 질량 유량이 상한을 갖는다. 이때 이런 제한은 제2 제어 흐름의 양적 한계를 조정하기 위한 수동식 제어 밸브 또는 조절 밸브에 의해 이루어질 수 있다. 또한, 제2 부분 흐름이 분기된 예열기 아웃렛 흐름의 주 흐름이 원하지 않는 방식으로 냉각되지 않도록, 방향 관련 제한은 역류 방지 밸브를 통해 제공되어야 한다.

제1 증발기 가열면에 제공된 유동 매체의 온도를 특히 용이하게 맞추기 위해, 제1 부분 흐름의 질량 유량은 바람직하게 제1 증발기 가열면의 인렛의 하류에 연결된 측정점에서의 열역학적 변수에 근거하여 제어되어야 한다. 이를 위해 상기 예열기의 브릿징 라인 내에 제어 밸브가 배치될 수 있다. 어떠한 온도에서도 물과 증기가 동시에 발생할 수 없으므로 상 분리가 전혀 불가능한 초과 임계압에서 플랜트가 작동하는 경우, 위에서 설명한 혼합물의 분리 위험이 생기지 않으며 예열기를 지나는 유동 매체 부분이 0으로 감소할 수 있다. 증발기 내 압력이 임계압 이하인 증기 발생기가 동작하면, 예를 들어 현대적 변압 보일러의 부분 부하 작동 모드에서 동작하면, 양 매체의 분리를 억제하기 위해 특정한 과냉각이 유지되어야 하며, 이러한 과냉각은 제1 증발기 가열면 후방의 측정점에서 열역학적 변수를 이용해 검출된다.

팬트-레그 디자인의 앞서 설명한 증기 발생기의 경우, 내벽의 중간 컬렉터에서 증기와 물의 분리 문제가 후속 파이프에 대한 불균일한 분배를 초래하는 열역학적 상태들을 목적한 대로 고려하기 위해, 측정점은 바람직하게 제1 증발기 가열면의 하류에 연결된 중간 컬렉터 내에 배치되어야 한다.

유리한 실시예에서 열역학적 변수는 압력과 온도가 열역학적 변수로서 이용되도록 고려되며, 이때 측정 압력으로부터 포화 증기 온도가 결정되고 측정 온도에 근거해 과냉각의 실제값이 결정된다. 그러므로 과냉각은 이미 설명한 문제를 위한 결정적 변수로서 직접 결정될 수 있다.

이런 경우 특히 용이한 제어를 위해, 바람직하게는 과냉각을 위한 목표값이 사전 설정되고 제1 부분 흐름의 질량 유량이 과냉각의 실제값과 목표값의 편차에 근거하여 제어된다. 이때 바람직하게는 과냉각의 목표값보다 실제값이 더 낮은 경우 제1 부분 흐름의 질량 유량이 커진다. 그러므로 과냉각이 너무 작으면 예열기 앞에서 제거된 부분 흐름 내의 제어 밸브는 계속해서 개방되므로, 상기 인렛에 제공된 유동 매체의 온도가 저하되어 과냉각은 증가한다. 그에 반해 과냉각이 너무 크면 제어 밸브가 폐쇄된다.

상기 증기 발생기의 부하가 작아지거나 커지면, 주 급수 제어 회로에 의해 더 많거나 더 적은 유동 매체가 상기 증발기에 제공된다. 병렬의 상이한 증발기 가열면에 제공되는 유동 매체의 질량 흐름 비율은 부하에 대하여 거의 일정하다. 그러므로 제1 증발기 가열면에 대한 질량 흐름을 위한 목표값이 설계상의 계산에 의해 계산될 수 있다. 더 차가운 유동 매체를 제공받는 증발기 가열면을 위한 특히 정확한 질량 흐름 제어를 달성하기 위해, 제2 부분 흐름의 질량 유량은 제1 증발기 가열면에 제공되는 유동 매체의 질량 유량에 근거해 제어된다.

제1 증발기 가열면에 제공되는 유동 매체의 질량 유량의 다른 제어는 상기 증발기 가열면의 하류에 연결된 물-증기-분리 장치의 고려하에 이루어질 수 있다. 이때 유리한 실시예로서 제1 증발기 가열면에 제공된 매체의 흐름은 증발기의 아웃렛 엔탈피에 근거해 제어된다.

이런 경우 바람직하게 상기 아웃렛 엔탈피가 유동 매체 측에서 제1 증발기 가열면의 하류에 연결된 마지막 증발기 가열면에서의 유동 매체 온도에 근거하여, 그리고 및 물/증기 분리 장치 내 압력에 근거하여 결정된다. 이런 경우 상기 아웃렛 엔탈피를 분리기 내의 평균 유체 엔탈피로 제어하는 것이 유리하다. 이 경우 상기 증발기 아웃렛 엔탈피의 목표값이 부하에 의존하여 주 제어 회로 안에 저장되어야 한다. 어쨌든 상기 유체의 아웃렛 온도는 최대 허용 가능한 재료 온도가 초과되지 않도록 제한되어야 한다.

본 발명을 이용해 달성되는 장점들은, 특히 여러 증발기 부재(주벽들 및 내벽들)의 공급을 위해 정도가 상이한 과냉각을 갖는 2개 매체의 이용을 통해 물/증기 혼합물 분리의 문제가 중간 컬렉터 내에서 확실하게 억제된다는 것이다. 모든 증발기 부재를 위한 인렛 엔탈피 감소의 해법과는 대조적으로, 증발기에서 충분히 높은 아웃렛 엔탈피를 보장하기 위해 증발기는 커질 필요가 없거나 단지 약간만 커지면 된다.

증기 발생기가 강제 관류 보일러로서 구현되면 복수의 장점들을 가져오는데, 즉 강제 관류 증기 발생기는 공정 기술상 변경이 없어도 임계압 이하뿐만 아니라 초과 임계압에 대해서도 이용될 수 있다. 단지 파이프 및 컬렉터의 벽두께는 제공된 압력에 상응하기만 하면 된다. 이로써, 관류 원리는 증기 상태를 상승시켜 효율을 높이기 위해 국제적으로 인식도리 수 있는 경향에 조응한다.

또한, 전체 장치의 작동은 압력이 가변적인 경우에도 가능하다. 변압 작동 동안 터빈의 고압 부분의 온도는 전체 부하 범위에서 일정하다. 부품들의 직경 및 벽두께의 측면에서 치수가 크기 때문에 터빈은 보일러 부품보다 훨씬 더 강하게 부하를 받는다. 그러므로 변압 작동 동안 부하 변경 속도, 부하 변경 횟수 및 스타트 측면에서 장점들이 나타난다.

본 발명의 실시예가 도면을 참고하여 상술된다.

도 1은 부분적으로 브릿징된 예열 장치를 갖는 유동층 연소식 강제 관류 보일러의 연소실의 하부에 관한 개략도이다.
도 2는 내벽으로의 관류를 제어하는 도 1의 관류형 증기 발생기를 도시한 도면이다.
도 3은 내벽의 아웃렛 엔탈피를 제어하는 도 1의 관류형 증기 발생기를 도시한 도면이다.
도 4는 부하가 다양한 경우 관류형 증기 발생기의 다양한 영역들에서 유동 매체의 특정 엔탈피 및 압력에 관한 그래프이다.

동일한 요소들은 모든 도면에서 동일한 도면 부호를 갖는다.

도 1에 따른 개략도에서 증기 발생기(1)는 강제 관류형 증기 발생기로서 실시되어 있다. 이와 같은 강제 관류형 증기 발생기는, 증기 발생기 파이프로 형성되고 아래에서 위로 관류가 이루어지는 복수의 파이프벽들과, 즉 주벽(2)과, 대칭적으로 배치된 경사진 내벽(4)을 포함하며, 유동 매체 측에서 이와 같은 내벽의 하류에 추가의 내벽(8)이 중간 컬렉터(6)에 의해 연결되어 있다. 그러므로 상기 관류형 증기 발생기(1)는 소위 "팬트-레그" 디자인으로 실시되어 있다.

주벽(2) 또는 내벽(4)에 각각 할당된 인렛(10, 12)을 통해 유동 매체가 파이프벽 안으로 유입된다. 내실(14)에서 일종의 유동층 연소시 고체 연료가 연소되므로 파이프벽 안으로 열유입이 이루어지고, 이와 같은 열유입은 유동 매체의 가열 및 증발을 야기한다. 상기 매체가 동일한 엔탈피로 모든 파이프벽 안으로 유입되면, 중간 컬렉터(6)에서 높은 증기 함량이 발생할 수 있어서, 상기 내벽(8)의 파이프에 불균일한 분배가 이루어지고 증기 함량이 높은 파이프를 과열시킬 수 있다.

이런 점에서 나오는 단점들, 예를 들어 더 짧은 내구연한 또는 더 높은 고장 가능성을 피하기 위해, 상기 중간 컬렉터(6) 상류에 연결된 내벽(4)에 공급되는 유동 매체는 주벽(2)에 공급되는 유동 매체의 온도보다 더 낮은 온도를 갖는다. 이런 경우에 증기 발생기(1) 내에는 다양한 매체 흐름에 상이한 열유입을 보장하는 예열 장치(16)가 제공된다.

이런 목적을 위해 도 1에 따른 예열 장치(16)는 유동 매체 측에서 상류에 분기점(18)이 연결되어 있다. 그러므로 상기 유동 매체의 일부는 예열기(16) 둘레에 있는 브릿징 라인(20)에서 방향 전환된다. 유동 매체 측 방향에서 먼저 다른 분기점(22)이 예열기(16) 하류에 연결되어 있으며, 이 분기점으로부터 한 라인은 주벽(2)의 인렛(10)으로 유도된다. 그러므로 예열된 유동 매체의 일부는 주벽(2)에 제공된다. 예열된 유동 매체의 다른 일부는 혼합점(26)에서 브릿징 라인(20)과 만나는 라인(24)에서 운반된다. 이 경우 매체 흐름들의 혼합을 통해 약간 더 낮은 온도의 매체가 얻어지고, 이어서 이런 매체는 내벽(4)의 인렛(12)에 제공된다.

상기 라인(24) 내에 역류 방지 밸브(30)가 배치되는데, 역류 방지 밸브는 분기점(22)에서 역류로 인한 원하지 않는 냉각을 억제한다. 또한, 수동식 흐름 제어 밸브(32)가 제공되며, 상기 수동식 흐름 제어 밸브는 예열된 매체에서 분기된 질량 흐름의 상한을 한정한다. 브릿징되는 유동 매체의 양이 브릿징 라인(20) 내 자동식 흐름 제어 밸브(28)를 통해 제어될 수 있으므로, 내벽(4)에 제공되는 유동 매체의 온도가 용이하게 제어될 수 있다.

이런 경우 흐름 제어 밸브(28) 내에서 자동 제어를 위한 입력 변수로서 중간 컬렉터(6) 내 압력(p)과 온도(T)가 이용된다. 검출된 압력으로부터 먼저 포화 증기 온도가 결정되고, 검출 온도(T)에 대한 포화 증기 온도의 차이로부터 실제 과냉각이 발생한다. 중간 컬렉터(6)에서 물과 증기의 분리를 억제하기 위해, 목표 과냉각이 중간 컬렉터(6)에 제공된다. 실제 과냉각이 목표 과냉각을 초과하면, 자동식 흐름 제어 밸브(28)가 계속해서 폐쇄되어, 인렛(12)에서의 온도가 상승한다. 반대의 경우에, 흐름 제어 밸브(28)는 계속해서 개방된다. 압력과 온도가 유동 매체의 임계점 위에 있으면, 흐름 제어 밸브(28)는 완전히 폐쇄되는데, 초과 임계압에서는 어떤 온도에서도 물과 증기가 동시에 발생할 수 없으므로 중간 컬렉터(6)에서 어떤 분리도 더 이상 발생할 수 없기 때문이다.

본 발명의 대안적 실시예가 도 2에 도시되어 있다. 증기 발생기(1)는 이 경우 흐름 제어 밸브(32)까지 도 1과 동일하다. 흐름 제어 밸브(32)는 이 경우 제어 밸브(28)처럼 자동화된다. 그러므로 내벽(4)에 제공되는 매체의 양도 제어될 수 있다. 이와 같은 경우 제어를 위한 입력 변수로서 인렛(12)으로 유입되는 전체 흐름(F)이 이용되고, 이런 전체 흐름은 측정점(34)에서 검출된다. 이때 상기 전체 흐름(F)은 설계상의 계산을 통해 검출된 목표값에 근거하여 제공된다.

본 발명의 다른 실시예가 도 3에 도시되어 있다. 여기에서 증기 발생기(1)는 도 2와 동일하지만, 그외 부품들, 즉 내벽(8)의 아웃렛(36) 및 주벽(2)의 아웃렛(38)이 도시되어 있다. 아웃렛(36, 38)에서 유출된 매체 흐름이 모아져서 물-증기-분리기(40) 안으로 안내된다. 여기에 주 제어 회로도 도시되어 있으며, 상기 회로는 흐름 제어 밸브(42)를 이용해 증기 발생기(1)에 제공되는 유동 매체 전체량을 제어한다. 이런 경우 상기 전체 매체 흐름의 제어를 위한 입력 변수로서 물-증기-분리기(40)의 증기측 아웃렛에서의 압력(p)과 온도(T)가 이용된다.

도 3에서 인렛(12)에 의해 내벽(4)에 제공되는 유동 매체 양은 내벽(8)의 아웃렛 엔탈피에 따라서 제어된다. 아웃렛 엔탈피는 내벽(8)의 아웃렛(36)에서의 온도(T) 및 물-증기-분리기(40) 내 압력(p)에 근거하여 결정된다. 이런 경우 내벽(8)의 아웃렛 엔탈피에 대한 목표값으로서 물-증기-분리기(40) 내 평균적 유체 엔탈피가 제공된다. 추가로 아웃렛(40)에서의 아웃렛 온도가 최대 허용가능한 재료 온도 위에서 제한된다.

끝으로 도 4에는 물/증기에 대한 상태 그래프가 도시되어 있으며, 여기서 유동 매체의 상태들은 증기 발생기의 다양한 범위에서 표시되어 있다. 그래프는 "bar" 단위의 압력(p)에 대한 kJ/㎏단위의 특정 엔탈피(h)를 나타낸다. 우선, 그래프에는 동일 온도(T)의 선들, 즉 등온선(44)이 도시되어 있으며, 이들의 각각의 온도값들은 그래프의 오른쪽 축에서 섭씨 단위로 표시되어 있다. 그래프의 좌측에 볼록한 형태의 구조(46)는 물-증기-혼합물의 증기 함량을 보여준다. 이러한 구조(46) 밖에서 매체는 단일상이며, 즉 집합 상태에 있는 매체만이 존재한다. 이런 경우 약 2100kJ/㎏ 및 221bar에서 상기 구조(46)의 피크가 임계점(48)으로서 표시되어 있다. 221bar를 초과하여 압력이 상승하면, 어떤 온도에서도 물과 증기가 동시에 나타나지 않는다.

상기 구조(46) 내에는 물-증기-혼합물이 존재한다. 이때 물과 증기의 비율은 특성 곡선(50)을 이용해 10% 구간마다 표시되어 있으며, 특성 곡선(52)에서 0% 증기 성분부터 특성 곡선(54)에서 100% 증기 성분까지 표시되어 있다. 이때 특성 곡선(50, 52, 54)은 임계점(48)에서 수렴한다. 상기 구조(46) 내에서 등온선(44)은 압력축에 대해 수직으로 연장되므로 등압선이기도 하다. 압력이 일정한 경우 매체로의 에너지 유입은 더 높은 온도를 야기하는 것이 아니라, 오히려 상기 물-증기-비율을 증기가 더 많은 쪽으로 이동시킨다.

상기 증기 발생기(1)의 부하 상태에 따라서 증기 발생기(1) 내에서 증기 프로세스는 등압선이 아닌 상이한 부하 특성 곡선(56, 58, 60) 상에서 진행하는데, 가열면의 압력 손실이 나타나기 때문이다. 상기 부하는 실제로 전체 시스템 내 압력을 결정한다. 부하 특성 곡선(56)은 100% 부하에서 증기 프로세스를, 부하 특성 곡선(58)은 70% 부하에서 증기 프로세스를, 그리고 부하 특성 곡선(60)은 40% 부하에서 증기 프로세스를 나타낸다. 이때 점(A, B, C, D)은 각각의 경우에 증기 발생기(1)의 다양한 점들에서 유동 매체의 상태를 나타내고, 더 정확하게는 내벽(4)의 인렛(12)에서 우선 본 발명에 따른 별도의 온도 제어가 없는 것을 나타내는데, 즉 점 A는 예열기(16)의 인렛에서 상태를, 점 B는 내벽(4)의 인렛(12)에서 상태를, 점 C는 중간 컬렉터(6)에서 상태를, 그리고 점 D는 증발기의 아웃렛에서 상태를 나타낸다.

도 4에 도시된 것처럼, 증기 발생기는 100% 부하에서 완전히 임계 초과 범위에서 작동한다. 부하 특성 곡선(56) 상의 어떤 점(A, B, C, D)에서도 물과 증기가 구별될 수 없으므로, 분리가 발생할 수 없다. 70% 부하에서 임계 미만 범위가 이미 도달되었지만, 부하 특성 곡선(58)의 미미한 일부만이 구조(46) 내에 있다. 부하 특성 곡선(58)의 점(A, B, C)은 여전히 구조(46) 아래에 있으며, 여기서는 단일상의 물이 존재한다. 이 경우에도 중간 컬렉터(6) 내에서 분리가 이루어질 수 없다.

그러나 40% 부하에서 부하 특성 곡선(60)의 상당 부분이 구조(46) 내에 있다. 부하 특성 곡선(60) 상의 점(A 및 B)은 여전히 상기 구조(46) 아래에 있으므로, 이 경우에도 아직 단일상의 물이 존재한다. 그러나 부하 특성 곡선(60)의 점(C)은 10%의 증기 비율에서 구조(46) 내에 있다. 그러므로 이 경우 중간 컬렉터(6) 내에서 전술한 분리가 이루어질 수 있다. 그러나 상기 유동 매체의 일부가, 부하 특성 곡선(62) 아래의 압력 영역에서 흐름 제어 밸브(28)의 개구를 통해 달성되는, 예열기(16)를 지나가면, 온도가 감소하고 그 결과 유동 매체의 에너지 함량이 목적한 대로 감소한다. 상기 부하 특성 곡선(60) 상의 점(E)은 이 경우 내벽(4)의 인렛(12)에서 온도가 감소된 유동 매체의 상태를 보여준다. 중간 컬렉터(6) 내 에너지 함량 역시 감소하며, 이는 부하 특성 곡선(60) 상의 점(F)으로 표시되어 있다. 점(F)은 이제 구조(46)밖에 있으므로, 이 경우 단일상의 물이 존재하며 분리가 확실하게 억제된다.

Claims (13)

1. 유동 매체 측에서 병렬로 연결된 복수의 증발기 가열면(2, 4, 8)을 갖는 연소실을 구비한 증기 발생기(1)의 작동 방법으로서, 제2 증발기 가열면(2)의 인렛(10)에서의 온도보다 더 낮은 온도를 갖는 유동 매체가 제1 증발기 가열면(4)의 인렛(12)에 제공되는, 증기 발생기의 작동 방법.
2. 제1항에 있어서, 유동 매체 측에서 인렛(10, 12)의 상류에는 예열기(16)가 연결되어 있으며, 유동 매체의 제1 부분이 예열기(16)를 지나가는, 증기 발생기의 작동 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 유동 매체의 제1 부분은 유동 매체 측에서 예열기(16)의 하류에서 분기된 제2 부분과 혼합되는, 증기 발생기의 작동 방법.
4. 제3항에 있어서, 제2 부분 흐름의 질량 유량이 상한을 갖는, 증기 발생기의 작동 방법.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 부분 흐름의 질량 유량이 제1 증발기 가열면(4)의 인렛(12)의 하류에 연결된 측정점에서의 열역학적 변수에 근거하여 제어되는, 증기 발생기의 작동 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 측정점은 제1 증발기 가열면의 하류에 연결된 중간 컬렉터(6) 내에 배치되는, 증기 발생기의 작동 방법.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 압력(p) 및 온도(T)가 열역학적 변수로서 이용되고, 측정 압력(p)으로부터 포화 증기 온도가 결정되고 측정 온도(T)에 근거하여 과냉각의 실제값이 결정되는, 증기 발생기의 작동 방법.
8. 제7항에 있어서, 과냉각을 위한 목표값이 사전 설정되고, 제1 부분 흐름의 질량 유량은 과냉각의 실제값과 목표값의 편차에 근거하여 제어되는, 증기 발생기의 작동 방법.
9. 제8항에 있어서, 과냉각의 목표값보다 실제값이 더 낮은 경우 제1 부분 흐름의 질량 유량이 증가하는, 증기 발생기의 작동 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 부분 흐름의 질량 유량은 제1 증발기 가열면(4)에 제공되는 유동 매체의 질량 유량에 근거하여 제어되는, 증기 발생기의 작동 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 증발기 가열면(4)에 제공되는 매체의 흐름은 유동 매체 측에서 제1 증발기 가열면(4)의 하류에 연결된 마지막 증발기 가열면(8)의 아웃렛 엔탈피에 근거하여 제어되는, 증기 발생기의 작동 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 증발기 가열면(8)의 아웃렛 엔탈피는 유동 매체 측에서 제1 증발기 가열면(4)의 하류에 연결된 마지막 증발기 가열면(8)에 있는 유동 매체의 아웃렛(36)에서의 온도에 근거하여 그리고 유동 매체 측에서 증발기 가열면(2, 4, 8)의 하류에 연결된 물-증기-분리기(40)에서의 압력에 근거하여 결정되는, 증기 발생기의 작동 방법.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기 위한 수단들을 포함하는 증기 발생기(1).

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