KR20130139326A - 화력 발전소 설비에서 가열 증기 추기 설비의 개조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 추기 설비를 가지는 기존 증기 터빈의 개조 방법에 관한 것으로서, 증기 터빈이 복수의 압력단을 포함하며 화력 증기 발전소 설비에 통합되며, 추기 라인은 증기 터빈의 한 압력단에 또는 2개의 압력단 사이에 연결되어 있으며 가열 증기 터빈이 추기 라인에 연결된다.

Description

화력 발전소 설비에서 가열 증기 추기 설비의 개조{RETROFITTING A HEATING STEAM EXTRACTION FACILITY IN A FOSSIL-FIRED POWER PLANT}
현 화력 발전소 설비들은 가변적인 요구 사항들에 적응해야 한다. 특히 기력 발전소들 또는 가스 및 증기 복합 발전소들의 경우에 종종 발전소의 증기 영역에서 추기 설비의 적응, 특히 추후 구현이 요구되고 있다. 추가로 추출되는 증기는 공정용 증기 또는 가열 증기로서 발전소 공정 내 내부 공정들을 위해 또는 발전소 고유 공정의 밖에 있는 다른 공정들에 공급하기 위해 요구된다. 증기 터빈 공정으로부터 증기의 추출은 증기 터빈 공정에 이용될 잔여 증기량을 감소시키므로, 이와 같은 잔여 증기량은 이제 발전에 더 이상 기여할 수 없다. 그 결과, 증기 터빈 공정으로부터 증기의 추출은 기력 발전소의 효율을 저하시킨다.
증기 추출이 이루어지더라도 열역학적으로 최적화된 컨셉을 구현할 수 있도록, 추기 터빈의 이용이 발전소를 세울 때 이미 제공된다. 그러나 이런 컨셉은 초기 투자비를 증가시키는데, 이 터빈이 비추출 모드에도 그리고 추출 모드에도 동시에 최적화될 수는 없기 때문이다. 추기 가능성을 포함하는 추기 설비의 추후 개조는 종종 기술적으로 복잡하고 시간 소모적이며 구현에 비용이 집중된다. 개조에 의해 비로소 추기 설비가 구현되더라도, 추가로 큰 효율 손실이 예상될 수 있다.
그러나 특히 저압 증기로부터 추후 추기가 이루어지는 기존 증기 터빈 플랜트의 개조는 비용이 매우 많이 들 수 있다. 그러므로 예를 들어 증기의 추출을 위한 추가적 배관 작업을 위한 머신 하우징은 충분히 큰 규모를 가질 수 없거나 증기 터빈이나 발전소 공정이 증기의 추출을 위해 적절하게 구성되지 않는다. 중압단과 저압단을 위한 별도의 하우징을 갖는 증기 터빈의 경우 오버플로우 라인에서 적어도 저압 증기가 용이하게 추출될 수 있다. 그에 반해 단일 하우징의 중압단과 저압단을 갖는 증기 터빈의 경우 필요한 큰 증기량의 추출을 위해서는 추후 변경들이 종종 구현될 수 없으므로, 이런 경우 터빈이 교환될 수밖에 없다. 그러나 어쨌든 오버플로우 라인으로부터 저압 영역으로 저압 증기를 추출할 때 저압 영역은 변하는 흡수력(증기 체적 유량)에 적응하여야 한다.
발전소 공정 내 다른 에너지원들로부터 증기의 추출 역시 종종 비경제적이거나 또는 적절한 방식으로 가능하지 않다. 그러므로 복잡한 추가적 조치 없이 예를 들어 증기 터빈의 중간 과열기 라인으로부터 추출은 보일러의 비대칭 부하를 초래한다. 이산화탄소 분리 장치를 위한 고품질 증기의 추출 역시 추가 조치 없으면 배제될 수밖에 없는데, 이는 바람직하지 않은 에너지 손실을 초래하기 때문이다.
추기 설비의 개조에서 나타나는 그외 문제는 추기 설비를 사용하지 않으면 이제는 불필요한 증기가 갑자기 과잉으로 축적된다. 이 과잉 증기가 이제 다시 증기 터빈 공정 안으로 용이하게 이송될 수 없는데, 이 공정이 추기 설비를 갖는 작동에, 즉 소량의 증기에 맞게 설계되어 있기 때문이다.
그러므로 본 발명의 과제는 용이하고 경제적인 방식으로 구현될 수 있으며 열역학적으로도 효율적이어서 추가적인 추기 설비에 의해 효율 손실이 최소화될 수 있는 화력 발전소 설비의 증기 공정에서 추후 추기 설비를 개조하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따라 본 발명의 과제는 청구범위 제1항의 특징들에 의해 해결된다. 또한 본 발명에 따라 가열 증기 터빈의 오버플로우 라인에 연결되어 있는 가열 증기 터빈이 제공되어 있다.
본 발명은 터빈의 외부에서 추출 지점을 선택할 수 있게 한다. 그러므로 큰 초기 투자비 없이도 개조가 가능하다. 추출 지점들을 포함하는 배압 터빈의 이용은 일단 가열보다 열역학적으로 더 효율적인 다단 가열을 구현할 수 있게 한다. 그 외에도, 이런 개조 컨셉은 추후의 열역학적인 최적화를 가능하게 하는데, 추출들이 개조로 비로소 정해지기 때문이다.
본 발명에 따라 가열 증기 추출은 배압 증기 터빈의 이용에 의해 주 공정으로부터 분리된다. 배압 증기 터빈이 개조로 제공되기 때문에, 주 증기 터빈에 추출 부품들이 제공될 필요가 없다. 그러므로 이런 개조는 심지어는 가열 증기 추기설비가 건설 시에 계획되지 않았던 발전소에서도 가능해진다. 그러나 이런 경우에도 저압 터빈에 대한 수정은 필요할 수 있다.
유리하게는 추기 라인이 중간 과열기 라인에 연결되어 있다. 추기 설비를 차단하는 경우에도 저압 증기는 계속 오버플로우 라인으로부터 추출된다. 그러므로 보조 응축기가 추기 라인에 병렬로 연결되어 있다. 보조 응축기를 이용하면 추기 설비의 장애 발생 시 또는 의도적 차단 시 축적되는 과잉 증기가 보조 응축기 안에서 응축될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 다음과 같은 도면을 사용하여 더욱 자세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 배압 증기 터빈을 가지는 증기 터빈 어셈블리의 개략도이다.
도 2는 종래 기술에 따라 오버플로우 라인으로부터 증기를 추출하는 증기 터빈 어셈블리의 개략도이다.
도 2에는 종래 기술에 따라 오버플로우 라인으로부터 증기를 추출하는 증기 터빈 어셈블리가 도시되어 있다. 이 경우 증기 추출은 2개의 가열 응축기(HZ-K)의 이용 하에 지역 난방 공급에 이용된다. 가스 및 증기 터빈 발전소에 지역 난방 시스템을 연결하는 것은 증기 터빈의 오버플로우 라인에 의해 이루어진다. 거기에서 증기(NAA)가 추출되고 증기 라인에 의해 머신 하우징(UMC)으로부터 지역 난방 빌딩(UND)까지 수송된다. 2 x 50% 가열 응축기 형태의 자체 지역 난방 시스템이 지역 난방 빌딩(UND)에 있다. 지역 난방열의 가열은 지역 난방 출력의 필요에 따라서 하나의 단으로 이루어진다. 최대, 양 가열 예열기는 함께 정상 운전에서 열로 265MW를 지역 난방 시스템에 전달할 수 있다.
대안으로서 지역 난방 시스템은 저온 재열 영역()으로부터 나오는 증기로도 작동될 수 있다(비상시 작동 정지 동안에는 증기 터빈). 이 경우 지역 난방 네트워크로의 출력 전송은 열로 제한된다.
난방하는 지역 난방 환수(return water)는 중계지에 약 5-22바아의 압력으로 제공되며 2개의 증기 가열식 가열예열기(HzVW1 및 HzVW2)에 의해 다시 지역 난방 공급관(flow pipe)으로 지역 난방 소비자에게 흘러 간다. 지역 난방 공급관 및 회수관은 각각 전동 플랩에 의해 지역 난방 네트워크로부터 분리될 수 있다. 각각의 HzVW는 입구쪽에서 수동식 차단 플랩으로 그리고 출구쪽에서 전동 플랩으로 개별적으로 차단될 수 있다. 이들은 전동 밸브를 포함하는 공동의 바이패스를 갖는다.
양 HzVW를 위한 증기는 증기 터빈 가동 시 전동 블리더 플랩에 의해 저압(ND) 증기 터빈(DT)에 대한 오버플로우 라인으로부터 추출된다. 라인 내 2개의 역지 플랩이 DT로의 역류를 막는다. 증기 테스트 유닛은 이 라인 내 최대 허용 압력의 준수 여부를 감시한다. 설정된 값을 초과하면 중압(MD)ㆍDT 신속 폐쇄 밸브가 폐쇄된다. DT 블리더 라인들은 전동 차단 밸브들을 가지는 드레인 라인들을 지나 응축기(MAG)로 배출되고 가열된다. 에너지 측면에서 경제적인 작동을 달성할 수 있도록, HzVW는 단계별로 연결되어 있다. 이를 위해 지역 난방열 추출의 시운전 전에 HzVW의 바이패스가 완전히 개방된다. HzVW의 출구에 있는 제어 플랩이 폐쇄되고 열 추출이 시작되도록, HzVW1의 추출 플랩이 개방된다. 개방 위치에 도달한 후 지역 난방 출력을 증가시키기 위해 바이패스 내 제어 플랩이 제어에 의해 폐쇄된다. 난방열 수요가 증가하면 제어 플랩이 HzVW2의 출구에서 제어에 의해 개방되고, 앞서 HzVW1에서처럼 난방열 수요가 계속 증가하면 HzVW 바이패스 내 제어 플랩은, 전체 양이 HzVW를 지나갈 때까지, 폐쇄된다. 바이패스가 폐쇄된 양 HzVW가 작동하고 난방열 수요에 대한 요구가 계속 증가하면, ND 터빈에 대한 오버플로우 라인 내 제어 플랩에 의해 증기 압력은 양 HzVW에서 증가하여 열 방출이 제어되어 증가한다. 증기 터빈의 바이패스 모드에서는 증기가 증기 변환 스테이션에 의해
Figure pct00002
로부터 추출된다. 증기 테스트 유닛은 저압측에서 최대 허용 압력의 준수 여부를 감시한다. 설정된 값을 초과하면 대응 변환 밸브가 직접 폐쇄된다. 추가적 압력 상승을 일으킬 수도 있는, 밸브의 있을 수 있는 누출이 각각의 경우에 하부에 연결된 안전 밸브를 통해 외부로 이송된다. 증기 변환 스테이션의 증기 냉각을 위한 분사수는 응축 펌프 하류에 있는 응축 시스템에서 추출된다. 분사수 라인들은 분사 제어 밸브의 오염 방지를 위해 상류에 연결된 오염여과기를 구비하고 있다. 그외에도, 제어 밸브까지의 라인 영역은 경우에 따라 안전 밸브로 보호되어, 함유된 응축물의 가열로 손상이 발생하지 않을 수 있다. 증기 변환 스테이션 상류에 있는 증기 라인들은 드레인 시스템(LCM)에 대한 전동 차단 밸브들을 가지는 드레인 라인들에 의해 가열되어 배출된다. 지역 난방 출력에 대한 요구가 줄어들면 HzVW의 정지는 연결 순서와 정확하게 반대의 순서로 이루어진다.
HzVW 내 응축물은 측지학적으로 또는 차압 때문에 주 응축기 안으로 배출되고, 응축물은 주 응축물 예열기에 의해 이송되므로, 더욱 에너지 효율적인 운전이 이루어질 수 있다. 배출 라인 내 제어 밸브는 HzVW 내 레벨을 설정된 한계에서 일정하게 유지한다. 양 HzVW는 지역 난방이 가동되지 않는 경우 온수쪽에서 가압되므로, 증발이 확실하게 억제된다. 가열 및 연결된 장치에서 팽창 온수를 배출하기 위해, 온수 쪽에서 양 HzVW는 안전 밸브가 구비된다. 진공 영역에서 작동되는 밸브들은 차단수 연결부를 가지거나 진공 밀폐된 스핀들로 실행된다. HzVW의 레벨 측정의 임펄스 라인들이 기포 라인들에 의해 언제나 채워져 있다. 양 HzVW에 안전 밸브가 설치되어 있으므로, 배관 파단이나 누출 시 축적되는 온수가 배출될 수 있다.
도 2에 따른 지역 난방 시스템은 다음의 과제들을 갖고 있다.
- 지역 난방 네트워크로 열유입의 보장
- 공급 온도의 제어
- 발전소 쪽에서 질량 유량의 제어
예시적인 공정 변수들은 다음과 같다.
- 회수 온도: 60 - 75℃
- 공급 온도: 90 - 110℃
- 온수 질량 유량: 최고 1.400kg/s
- 지역 난방 출력: 약 20 - 265MW
지역 난방 시스템은 다음의 주 요소들로 이루어진다.
- 2개의 50% 가열 예열기
- 가열 응축물 펌프를 갖지 않는 가열 응축물 시스템
- 증기 터빈 추출 설비(NM)에 의한 증발
- 응축물 분사 냉각 장치(LCE)를 포함하는 저온
Figure pct00003
의 증발 시스템.
도 1에는 본 발명에 따른 배압 증기 터빈을 가지는 증기 터빈 어셈블리가 도시되어 있다.
가스 및 증기 터빈 발전소에 지역 난방 시스템의 연결은 도 2에서와 마찬가지로 이루어진다. 증기 터빈(DT)의 오버플로우 라인으로부터 증기(NM)가 추출되고 증기 라인에 의해 머신 하우징(UMC)으로부터 지역 난방 빌딩(UND)으로 이송된다. 거기에, 예컨대 윤활유 시스템, 진공 시스템 및 배출 시설과 같은 운전에 필요한 모든 보조 유닛을 포함하는 가열 증기 터빈이 위치한다. NM 시스템으로부터 증기는 증기 터빈으로만 이송되거나 추가로 제3의 가열 응축기(HzVW3)에도 이송된다. 지역 난방열의 가열은 지역 난방 출력의 필요에 따라 최대 3단계로 이루어진다. 따라서 필요에 따라 증기 쪽에서 2개 또는 3개의 가열 응축기가 작동된다. 가열 응축기(HzVW1 및 HzVW2)가 각 증기 터빈 블로우다운 하에 있다. 이들은 함께 예컨대 최대 증기 터빈 부하 120MW에서 열로 NM 증기 시스템으로부터 지역 난방에 이송할 수 있다. 120MW 이상으로 증가하는 증기 출력이 분리되어야 하면, 추가로 가열 응축기3(HzVW3)에서 증발이 이루어진다. 가열 응축기3은 직접 NM 시스템으로부터 증기를 공급받는다. 대안으로서 지역 난방 시스템은 저온 재열 영역(
Figure pct00004
)의 증기로도 작동될 수 있다(비상 시 운전 정지 동안에는 증기 터빈). 이 경우 지역 난방 네트워크로 출력 전송은 열로 예를 들어 220MW로 제한된다. 가열 증기 터빈의 정지/장애 시에 전체 지역 난방열은 HzVW3에 의해 지역 난방 네트워크에 전송될 수 있다. 이 경우 가열 증기 터빈으로의 증기 공급은 차단되고 증기는 HzVW3에만 제공된다.
도 1에 따른 지역 난방 시스템은 다음의 과제들을 갖는다.
- 지역 난방 네트워크로 열유입의 보장
- 공급 온도의 제어
- 발전소 쪽에서 질량 유량의 제어
예시적인 공정 변수들은 다음과 같다.
- 회수 온도: 60 - 75℃
- 공급 온도: 90 - 110℃
- 온수 질량 유량: 최고 1.400kg/s
- 지역 난방 출력: 약 20 - 265MW
지역 난방 시스템은 다음의 주 요소들로 이루어진다.
- 예를 들어 약 14MW의 최대 터미널 출력을 갖는 듀얼 채널의 가열 증기 터빈
- 3개의 가열 예열기
- 가열 응축물 펌프를 포함하는 가열 응축물 시스템
- 증기 터빈 추출 설비(NM)에 의한 증발
- 응축물 분사 냉각 장치(LCE)를 포함하는 저온
Figure pct00005
의 증발 시스템
지역 난방 시스템은 별도의 빌딩(UND) 안에 수용될 수 있다. 보조 유닛들을 포함한 가열 증기 터빈의 필요 공간이 증가하기 때문에 지역 난방 빌딩의 확장이 필요할 수 있다.

Claims (5)

  1. 추기 설비를 가지는 기존 증기 터빈의 개조 방법으로서, 증기 터빈이 복수의 압력단을 포함하고 화력 증기 발전소 설비에 통합되어 있으며,
    a) 추기 라인은 증기 터빈의 한 압력단에 또는 2개의 압력단 사이에 연결되고,
    b) 가열 증기 터빈이 추기 라인에 연결되는, 추기 설비를 가지는 기존 증기 터빈의 개조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 추기 라인이 증기 터빈의 고온 중간 과열기 라인에 연결되는, 추기 설비를 가지는 기존 증기 터빈의 개조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 추기 설비가 증기 터빈의 저온 중간 과열기 라인에 연결되는, 추기 설비를 가지는 기존 증기 터빈의 개조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 추기 설비가 증기 터빈의 오버플로우 라인에 연결되는, 추기 설비를 가지는 기존 증기 터빈의 개조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 개조되는 화력 발전소 설비.
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