KR20130117857A

KR20130117857A - 보일러 플랜트

Info

Publication number: KR20130117857A
Application number: KR1020137021867A
Authority: KR
Inventors: 다이스케 야마다; 가즈요시 히라오카; 이사오 우치다
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2012-02-14
Publication date: 2013-10-28
Also published as: KR101584418B1; CN103380329B; WO2012114944A1; CN103380329A; JP5832103B2; JP2012177519A

Abstract

공기 예열을 실시하는 구조가 간단하며, 또한, 효율을 향상시킬 수 있는 보일러 플랜트를 제공한다.
보일러 (3) 에 대한 급수 계통 (7) 의 탈기기 (19) 에서 분류된 후, 탈기기 (19) 에 합류하여, 탈기기 (19) 의 온수를 순환시키는 순환 유로 (33) 와, 순환 유로 (33) 에 형성되고, 온수에 의해 연소용 공기를 가열하는 온수 가열식 공기 예열기 (37) 와, 온수 가열식 공기 예열기 (37) 로부터 나온 온수를 보일러 (3) 의 연소 배기 가스에 의해 가열하는 온수 이코노마이저 (39) 가 구비되어 있다.

Description

보일러 플랜트 {BOILER PLANT}

본 발명은, 보일러 플랜트에 관한 것이다.

보일러에서는, 열 효율을 높이기 위하여 연소 배기 가스에 의해 급수를 가열시키는 배기 가스 이코노마이저를 사용하여 폐열을 회수하고 있다. 또한, 연소 효율을 향상시키기 위하여 연소용 공기는 예열기에 의해 미리 가열되어 공급되도록 되어 있다.

이 예열기에는, 예를 들어, 특허문헌 1 에 나타내어지는 바와 같이, 연소용 공기를 연소 배기 가스와의 사이에서 열 교환을 하고, 연소용 공기의 예열과 합하여 연소 배기 가스의 폐열을 회수하도록 한 가스 에어 히터 (GAH : Gas Air Heater) 를 사용하는 것, 특허문헌 2 에 나타내어지는 바와 같이, 증기 등의 가열원을 사용하여 연소용 공기를 가열하는 스팀 에어 히터 (SAH : Steam Air Heater) 가 있다. 또한, GAH 및 SAH 를 조합한 것도 사용되고 있다.

GAH 는, 배기 가스 이코노마이저와 함께 연소 배기 가스의 열량을 회수할 수 있으므로, 보일러 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, GAH 에 황산 부식 방지용의 대책, 예를 들어, 하류측의 부재에 에나멜 코팅을 실시함으로써 GAH 의 출구에서의 연소 배기 가스 온도를 배기 가스 중의 황분과 수분이 결합하여 생성되는 황산의 노점 이하, 예를 들어, 120 ℃ 로 설정할 수 있다.

SAH 는, 연소 배기 가스의 폐열 회수는 배기 가스 이코노마이저에만 의하므로, GAH 에 비해 보일러 효율은 낮아진다. 일반적으로, 배기 가스 이코노마이저는 황산 부식의 관점에서 출구의 연소 배기 가스 온도를 140 ℃ 정도로 설정하기 때문에, 보일러 효율은 GAH 에 비해 2 ∼ 3 ％ 정도 낮아진다. 그러나, SAH 는, 구조가 간단하므로, 저렴하며, 또한, 조작성 및 보수성이 양호하다.

일본 공개특허공보 2009-192202호 일본 공개특허공보 소58-123022호

그런데, GAH 는, 보일러 효율은 양호하지만, 구조가 복잡하고, 대형이 된다는 과제가 있다. 또한, 연소용 공기를 가열하는 열량을 확보하기 위하여, 배기 가스 이코노마이저에서의 열 흡수를 억제할 필요가 있으므로, 억제된 열량분을 급수 계통 중에서 확보하도록 되어 있다. 즉, 보일러에 대한 급수 온도를 확보하기 위하여 탈기기 뒤에 고압 급수 가열기를 복수 형성한, 이른바 4 단 급수 재생 방식의 급수 계통으로 되어 있다.

따라서, 플랜트로서는, 복잡한 구조가 됨과 함께 제조 비용이 높아지며, 또한, 조작성 및 보수성이 저하된다.

특히, GAH 및 고압 급수 가열기는 고가의 부재임과 함께, GAH 에서는, 황산 부식과 그을음으로 인해 폐색의 염려로부터 수년 간격으로 부재 교환이 필요해지고, 고압 급수 가열기에서는, 그 개방·수리에 다대한 보수 비용을 필요로 한다.

또한, SAH 에서는, 비교적 구조가 간단하고, 저렴하며, 또한, 조작성 및 보수성이 양호하지만, 보일러 효율이 GAH 에 비해 낮다는 과제가 있다.

본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여, 공기 예열을 실시하는 구조가 간단하며, 또한, 효율을 향상시킬 수 있는 보일러 플랜트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 이하의 수단을 채용한다.

즉, 본 발명의 일 양태는, 보일러에 대한 급수 계통의 도중에서 분류 (分流) 된 후, 그 급수 계통에 합류하여, 그 급수 계통의 온수를 순환시키는 순환 유로와, 그 순환 유로에 형성되고, 상기 온수에 의해 연소용 공기를 가열하는 온수 가열식 공기 예열기와, 그 온수 가열식 공기 예열기로부터 나온 온수를 상기 보일러의 연소 배기 가스에 의해 가열하는 온수 가열기가 구비되어 있는 보일러 플랜트이다.

급수 계통에서는, 복수 (復水) 된 물은, 저온 급수 가열기 및 탈기기에서 가열되어 온수로 되어 있다.

본 양태에서는, 이 온수를 순환 유로에 순환시켜, 먼저, 온수 가열식 공기 예열기에서 온수는 연소용 공기와 열 교환된다. 즉, 온수는 연소용 공기를 가열하여, 승온시킴과 함께 연소용 공기에 의해 냉각된다. 이와 같이, 연소용 공기는, 온수 가열식 공기 예열기에 의해 승온되어 보일러에 공급되므로, 연료의 연소 효율을 향상시킬 수 있다.

이어서, 냉각된 온수는, 보일러의 연소 배기 가스와 열 교환되어, 연소 배기 가스를 냉각시키고, 연소 배기 가스에 의해 승온된다. 바꾸어 말하면, 온수 가열식 공기 예열기에서 연소용 공기에 열량을 부여하고, 온수 가열기에서 연소 배기 가스로부터 열량을 회수하고 있다.

이와 같이, 연소 배기 가스의 폐열은, 온수 가열기에 의해 회수되므로, 예를 들어, 배기 가스 이코노마이저에 의한 회수와 합하여 충분히 회수할 수 있다. 이로써, 보일러 플랜트의 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 온수 가열식 공기 예열기에서 공급한 열량을 온수 가열기에서 회수한 온수는 급수 계통으로 되돌려진다. 따라서, 급수 계통에 대한 영향을 최소한으로 할 수 있다.

온수 가열식 공기 예열기 및 온수 가열기는, 액체와 기체의 열 교환이 되므로, 높은 열관류율이 얻어지기 때문에, 구조가 간단하고, 소형화할 수 있다.

본 발명의 일 양태에서는, 상기 순환 유로는, 탈기기에서 분류되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 순환 유로에 도입되는 온수에는, 탈기되어 여분의 산소가 용존하지 않기 때문에, 그것이 순환되어, 예를 들어, 탈기기 이후의 급수 계통으로 되돌려졌다고 해도, 보일러에 대한 급수에 여분의 산소가 함유되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 양태에서는, 상기 순환 유로에는, 상기 온수 가열기를 바이패스하는 바이패스 유로가 구비되어 있어도 된다.

이와 같이 하면, 예를 들어, 보일러 플랜트의 부하가 저감되어, 연소 배기 가스의 온도가 온수 가열식 공기 예열기로부터 나오는 온수의 온도보다 낮아진 경우, 온수를 바이패스 유로에 통과시켜, 온수 가열기를 바이패스하도록 한다.

이로써, 온수 가열식 공기 예열기에서 냉각된 온수가, 온수 가열기에서 불필요하게 냉각되는 것을 방지할 수 있어, 보일러에 공급되는 급수에 대한 영향을 저감시킬 수 있다.

본 발명의 일 양태에서는, 연소용 공기 공급 경로에는, 상기 온수 가열식 공기 예열기의 상류측에, 연소용 공기가 증기에 의해 가열되는 증기 가열식 공기 가열기가 구비되어 있어도 된다.

이와 같이 하면, 연소용 공기에 대한 가열량이 증가하므로, 저부하여서 온수의 온도가 높지 않은 경우, 혹은, 한랭지여서 공기 온도가 낮은 경우에도, 연소용 공기의 가열을 확실하게 실시할 수 있다.

본 발명에 의하면, 급수 계통의 온수에 의해 연소용 공기를 가열하여, 그것에 수반하는 열량 손실을 연소 배기 가스로부터 회수하도록 하고 있기 때문에, 공기 예열을 실시하는 구조가 간단하며, 또한, 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 보일러 플랜트의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2 는, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 보일러 플랜트의 구성을 나타내는 블록도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를, 도면을 사용하여 상세히 설명한다.

[제 1 실시형태]

이 발명의 제 1 실시형태에 관련된 보일러 플랜트에 대하여, 도 1 을 참조하여 설명한다.

도 1 은, 본 실시형태에 관련된 보일러 플랜트의 구성을 나타내는 블록도이다. 보일러 플랜트 (1) 는, LNG 선박에 주기 (主機) 로서 탑재되어, LNG 를 연료로서 사용하는 것이다.

보일러 플랜트 (1) 에는, 선박용 보일러 (보일러) (3) 와, 선박용 보일러 (3) 에서 생성된 증기를 이용하여 회전되는 터빈 (5) 과, 선박용 보일러 (3) 에 급수하는 급수 계통 (7) 이 구비되어 있다.

터빈 (5) 은, 증기를 이용하는 것으로서 예시한 것으로, 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 1 에서는, 터빈 (5) 을 1 개로 하여 도시하고 있지만, 이것은, 예를 들어, 고압 터빈, 중압 터빈, 저압 터빈 및 후진용 터빈이 사용되고 있어도 되고, 그 구성은 적절히 이루어진다.

선박용 보일러 (3) 에는, 도시 생략한 버너의 주위에 연소용 공기를 공급하는 공기 배관 (9) 이 구비되어 있다. 버너는, 공기 배관 (9) 을 통해 도입되는 연소용 공기를 사용하여 LNG 를 연소시켜, 고온의 연소 가스를 생성한다.

연소 가스는 하류의 열 교환기의 튜브 내를 흐르는 물 등의 유체와 열 교환하여 물 등을 가열시켜 증기로 한다. 증기는, 예를 들어, 터빈 (5) 에 공급되어, 터빈 (5) 에 회전 동력을 부여한다.

이렇게 하여 열 교환을 마친 연소 가스는, 연소 배기 가스 유로 (11) 를 통과하여 배기된다.

급수 계통 (7) 에는, 터빈 (5) 의 배기를 냉각시켜 복수시키는 복수기 (13) 와, 복수기 (13) 의 복수를 필요한 압력까지 승압시키는 복수 승압 펌프 (15) 와, 터빈 (5) 으로부터의 추기 (抽氣) 에 의해 급수를 가열시키는 저압 급수 가열 장치 (17) 와, 터빈 (5) 으로부터 추기된 증기에 의해 급수를 직접 가열시켜, 급수 중의 용존 가스를 물리적으로 분리 제거하는 탈기기 (19) 와, 급수의 압력을 높여 하류측으로 압입하는 급수 펌프 (21) 와, 연소 배기 가스 유로 (11) 를 통과하는 연소 배기 가스에 의해 급수를 가열시키는 배기 가스 이코노마이저 (23) 가 구비되어 있다.

이들 복수기 (13), 복수 승압 펌프 (15), 저압 급수 가열 장치 (17), 탈기기 (19), 급수 펌프 (21) 및 배기 가스 이코노마이저 (23) 는 급수 배관 (25) 에 의해 접속되어 있다.

보일러 플랜트 (1) 에는, 공기 배관 (9) 을 통과하여 도입되는 연소용 공기를 가열하여 승온시키는 공기 가열 장치 (31) 가 구비되어 있다.

공기 가열 장치 (31) 에는, 탈기기 (19) 에서 분류되어, 공기 배관 (9) 및 연소 배기 가스 유로 (11) 를 통과하여 탈기기 (19) 로 되돌아가도록 순환된 유로를 형성하는 순환 유로 (33) 와, 탈기기 (19) 의 온수를 순환 유로 (33) 를 따라 순환시키는 온수 순환 펌프 (35) 와, 공기 배관 (9) 내를 통과하는 순환 유로 (33) 에 형성되어, 공기 배관 (9) 을 통과하는 연소용 공기와 열 교환을 실시하는 온수 가열식 공기 예열기 (37) 와, 연소 배기 가스 유로 (11) 를 통과하는 순환 유로 (33) 에 형성되어, 연소 배기 가스 유로 (11) 를 통과하는 연소 배기 가스와 열 교환을 실시하는 온수 이코노마이저 (온수 가열기) (39) 가 구비되어 있다. 온수 이코노마이저 (39) 는, 배기 가스 이코노마이저 (23) 의 하류측에 구비되어 있다.

순환 유로 (33) 에는, 온수 이코노마이저 (39) 를 바이패스하는 바이패스 유로 (41) 가 구비되어 있다. 바이패스 유로 (41) 에는 개폐 밸브 (43) 가, 바이패스되는 순환 유로 (33) 에는 개폐 밸브 (45) 가 구비되어 있다.

개폐 밸브 (43, 45) 의 개폐를 조절함으로써, 온수는, 온수 이코노마이저 (39) 를 통과하여 순환되는 것과, 온수 이코노마이저 (39) 를 통과하지 않고 순환되는 것을 선택할 수 있도록 되어 있다.

온수 가열식 공기 예열기 (37) 는, 온수 (액체) 와 연소용 공기 (기체) 의 열 교환이 되므로, 높은 열관류율이 얻어지기 때문에, 구조가 간단하고, 소형화할 수 있다.

또한, 온수 이코노마이저 (39) 도, 온수 (액체) 와 연소 배기 가스 (기체) 의 열 교환이 되므로, 높은 열관류율이 얻어지기 때문에, 구조가 간단하고, 소형화할 수 있다.

이하, 이와 같이 구성된 본 실시형태에 관련된 보일러 플랜트 (1) 의 동작에 대하여 설명한다.

터빈 (5) 의 배기는, 복수기 (13) 에서 냉각되어 복수된다. 복수된 물은, 저압 급수 가열 장치 (17) 에서, 터빈 (5) 으로부터 추기된 증기에 의해 가열되어, 예를 들어, 약 100 ℃ 의 온수로 된다. 이 온수가, 탈기기 (19) 에서, 터빈 (5) 으로부터 추기된 증기에 의해 가열되어, 예를 들어, 약 150 ℃ 의 온수로 되어 보일러 (3) 를 향하여 공급된다. 이 온수는, 또한, 배기 가스 이코노마이저 (23) 에 의해 연소 배기 가스 유로 (11) 를 통과하는 연소 배기 가스에 의해 가열되어, 보일러 (3) 에 공급된다.

이 때, 온수 순환 펌프 (35) 가 작동하여, 탈기기 (19) 내의 온수를 순환 유로 (33) 에 도입하여, 순환 유로 (33) 를 따라 순환시키고 있다.

이 온수는, 먼저, 온수 가열식 공기 예열기 (37) 를 통과할 때, 공기 배관 (9) 을 통과하는 연소용 공기와 열 교환된다. 온수는, 도입되는 외기온의 연소용 공기를 가열하여, 예를 들어, 120 ℃ 까지 승온된다. 한편, 온수는, 연소용 공기에 의해 냉각되어, 예를 들어, 100 ℃ 까지 감온된다.

이와 같이, 연소용 공기는, 온수 가열식 공기 예열기 (37) 에 의해 승온되어 보일러 (3) 에 공급되므로, 연료의 연소 효율을 향상시킬 수 있다.

온수 가열식 공기 예열기 (37) 를 통과하여 냉각된 온수는, 온수 이코노마이저 (39) 를 통과할 때, 연소 배기 가스 유로 (11) 를 통과하는 연소 배기 가스와 열 교환된다. 보일러 (3) 는, LNG 점화이므로, 연소 배기 가스에 함유되는 황분은 적어, 황산 부식의 가능성은 낮아져, 온수 이코노마이저 (39) 를 나오는 연소 배기 가스의 온도를, 예를 들어, GAH 와 마찬가지로 120 ℃ 정도로 설정할 수 있다.

온수 이코노마이저 (39) 를 통과하는 온수는, 통과하는, 예를 들어, 150 ∼ 160 ℃ 의 연소 배기 가스를 냉각시켜, 예를 들어, 120 ℃ 까지 감온된다. 한편, 온수는, 연소 배기 가스에 의해 가열되어, 예를 들어, 120 ℃ 까지 승온된다.

이와 같이, 연소 배기 가스의 폐열은, 온수 이코노마이저 (39) 및 배기 가스 이코노마이저 (23) 에 의해 충분히 회수할 수 있기 때문에, 보일러 플랜트의 효율을 향상시킬 수 있다.

특히, 황산 부식의 가능성이 적은 LNG 점화의 경우에는, GAH 정도의 효율로 할 수 있다.

그리고, 온수 가열식 공기 예열기 (37) 에서 공급한 열량을 온수 이코노마이저 (39) 에서 회수한 온수는 탈기기 (19) 로 되돌려진다.

상기 서술한 바와 같이, 탈기기 (19) 로 되돌려지는 온수의 온도는, 탈기기 (19) 로부터 도입한 온수의 온도보다 낮아지므로, 예를 들어, 탈기기 (19) 에 공급되는 증기의 열량을 조금 증가시켜, 급수 계통 (7) 에서의 열량 밸런스를 설정하는 것이 바람직하다.

이들 온도는, 보일러 플랜트 (1) 의 조건에 따라 변화되므로, 그 조건에 맞도록 적절히 설정된다.

본 실시형태에서는, 순환 유로 (33) 를 순환하는 온수에, 탈기기 (19) 의 온수가 사용되고 있으므로, 온수는, 탈기기 (19) 에서 탈기되어 여분의 산소가 용존하지 않는다. 순환 유로 (33) 는 완전한 폐쇄 루프로 되어 있으므로, 도중에 여분의 산소가 흡수되는 경우가 없다.

따라서, 이 온수가 급수 계통 (7) 의 어느 부분으로 되돌려져도, 예를 들어, 탈기기 (19) 이후의 급수 배관 (25) 으로 되돌려졌다고 해도, 보일러 (3) 에 대한 급수에 여분의 산소가 함유되는 것을 방지할 수 있다.

예를 들어, 보일러 (3) 의 부하가 저감되어, 연소 배기 가스의 온도가 온수 가열식 공기 예열기 (37) 로부터 나오는 온수의 온도보다 낮아진 경우, 개폐 밸브 (43) 를 엶과 함께 개폐 밸브 (45) 를 닫아, 온수 가열식 공기 예열기 (37) 로부터 나온 온수를 바이패스 유로 (41) 에 통과시키도록 한다.

이로써, 온수 가열식 공기 예열기 (37) 에서 냉각된 온수가, 온수 이코노마이저 (39) 를 바이패스하므로, 온수 이코노마이저 (39) 에서 불필요하게 냉각되는 것을 방지할 수 있어, 보일러 (3) 에 공급되는 급수에 대한 영향을 저감시킬 수 있다.

바이패스 유로 (41) 는, 경우에 따라 생략해도 된다.

[제 2 실시형태]

다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 보일러 플랜트 (1) 에 대하여, 도 2 를 사용하여 설명한다.

본 실시형태는, 공기 가열 장치 (31) 의 구성이 제 1 실시형태의 것과 상이하므로, 여기서는 이 상이한 부분에 대하여 주로 설명하고, 전술한 제 1 실시형태의 것과 동일한 부분에 대해서는 중복된 설명을 생략한다.

제 1 실시형태와 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙였다.

도 2 는, 본 실시형태에 관련된 보일러 플랜트의 구성을 나타내는 블록도이다.

본 실시형태의 공기 가열 장치 (31) 에서는, 공기 배관 (9) 에 있어서의 온수 가열식 공기 예열기 (37) 의 상류측에, 터빈 (5) 으로부터의 추기에 의해 가열되는 증기 가열식 공기 예열기 (47) 가 구비되어 있다. 증기 가열식 공기 예열기 (47) 에 공급되는 증기는, 터빈 (5) 의 추기에 한정되는 것은 아니고, 적절한 증기원으로부터 공급되어도 된다.

증기 가열식 공기 예열기 (47) 로의 증기 공급은, 항시가 아니라, 필요에 따라 행해지도록 되어 있다.

도 2 에서는, 바이패스 유로 (41) 를 나타내고 있지 않지만, 이것을 구비해도 되고, 구비하지 않아도 된다.

이와 같이 하면, 저부하여서 온수의 온도가 높지 않은 경우, 혹은, 한랭지여서 공기 배관 (9) 에 도입되는 연소용 공기의 온도가 낮은 경우에, 증기 가열식 공기 예열기 (47) 에 증기를 도입하도록 한다.

이로써, 연소용 공기는, 증기 가열식 공기 예열기 (47) 및 온수 가열식 공기 예열기 (37) 에 의해 가열되므로, 연소용 공기에 대한 가열량이 증가하여, 연소용 공기의 가열을 확실하게 실시할 수 있다.

본 발명은 이상 설명한 각 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변형을 실시해도 된다.

1 : 보일러 플랜트
3 : 보일러
7 : 급수 계통
19 : 탈기기
33 : 순환 유로
37 : 온수 가열식 공기 예열기
39 : 온수 이코노마이저
41 : 바이패스 유로
47 : 증기 가열식 공기 예열기

Claims

보일러에 대한 급수 계통의 도중에서 분류 (分流) 된 후, 그 급수 계통에 합류하여, 그 급수 계통의 온수를 순환시키는 순환 유로와,
그 순환 유로에 형성되고, 상기 온수에 의해 연소용 공기를 가열하는 온수 가열식 공기 예열기와,
그 온수 가열식 공기 예열기로부터 나온 온수를 상기 보일러의 연소 배기 가스에 의해 가열하는 온수 가열기가 구비되어 있는 보일러 플랜트.
제 1 항에 있어서,
상기 순환 유로는, 탈기기에서 분류되어 있는 보일러 플랜트.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 순환 유로에는, 상기 온수 가열기를 바이패스하는 바이패스 유로가 구비되어 있는 보일러 플랜트.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
연소용 공기 공급 경로에는, 상기 온수 가열식 공기 예열기의 상류측에, 연소용 공기가 증기에 의해 가열되는 증기 가열식 공기 가열기가 구비되어 있는 보일러 플랜트.