KR20140096998A - 이중경로의 평행 과열기 - Google Patents

Abstract

이중경로의 평행 과열기는 증기를 전달하기 위한 드럼과, 드럼에 대향하여 증기를 수용하기 위한 증기 수용장치, 증기를 증기 수용장치로 전달하기 전에 과열하기 위한 제1 및 제2경로를 제공하기 위하여 드럼으로부터 증기를 수용하는 제1표면과 제2표면을 포함한다. 제1 및 제2경로를 따라 분무 과열저감기가 또한 존재한다.

Description

이중경로의 평행 과열기{DUAL PATH PARALELL SUPERHEATER}

본 발명은 일반적으로 제어되고 또 효율적인 방식으로 증기의 전달을 효과적으로 증가하기 위한 방법과 장치에 관한 것이다.

기존 보일러의 온도 및/또는 증기흐름(용량)이 증가될 것이 통상적으로 요구된다. 과열기를 가로 지른 압력강하는 증기용량이 증가함에 따라 증가한다. 높은 압력강하는 용량증가에 종종 제한인자가 된다. 그 결과, 더 낮은 압력강하를 제공하기 위하여 완전한 과열기가 정기적으로 교체될 필요가 있다.

일반적인 경우에서, 작업자는 증기 속도가 증가(예컨대, 543.4kpph)할 것을 요구한다. 표준 실무는, 증기가 과열될 수 있는 단지 하나만의 경로가 존재하도록 과열기를 구성하는 것이다. 증가한 증기 속도로 과열하기 위하여, 추가적인 표면이 추가된다. 도 1은 단일 경로 직렬 과열기에 대한 종래기술의 구성(10)을 도시하고, 증가한 용량을 처리하기 위하여 기존의 표면(14)에 새로운 표면(12)이 추가된다. 증기를 표면(12, 14)으로 전달하기 위한 드럼(16)과 표면(12, 14)로부터 증기를 궁극적으로 수용하기 위한 터빈(18)이 구비된다.

이하의 표 1은 도 1에 의해 한정된 바와 같은 지점들에서 증기 온도와 압력을 예측한 것이다.

표 1: 일반적인 종래기술의 구성 - 증기 온도와 압력 프로파일

100% = 543.4 kpph 증기

원하는 출구 압력은 1300psig이고 또 원하는 출구 온도는 900°F이다.

증기온도를 제어하기 위하여, 2개의 중간단(interstage)지점, 즉 위치 B와 C사이의 지점 및 위치 D와 E 사이의 지점에 분무(spray) 과열저감기(attemperator)가 있다. 종래기술의 구성은 전체 45°F의 분무 과열저감기로써 전체 증기온도를 만들기로 되어 있다. 그러나 상기 구성은 1300 psig의 목표 출구압력을 얻지 못한다. 가장 양호한 달성가능한 출구압력은 단지 1236 psig이다. 이에 대한 기존의 해결방안은 기존 표면에서 평행 증기흐름 통로의 숫자를 증가하는 것이다. 이는 모든 기존의 과열기 튜브, 과열기 헤더, 루프(roof) 밀봉 들의 교체를 필요로 하고, 또 종종 매연 송풍기(soot blower)의 공간(cavity)이 재배치될 것을 필요로 한다.

따라서 기존 과열기의 교체 필요가 없이 증가한 증기 속도를 얻을 필요가 있다.

본 발명은 이중경로 평행 과열기에 관한 것으로, 증기를 전달하기 위한 드럼과, 드럼에 대향하여 증기를 수용하기 위한 증기 수용장치, 증기 수용장치로 증기를 전달하기 전에 증기를 과열하기 위한 제1 및 제2경로를 제공하기 위하여 드럼으로부터 증기를 수용하는 제1표면과 제2표면을 포함한다. 제1 및 제2경로를 따라 분무 과열저감기가 또한 존재한다.

본 발명은 증기가 드럼출구에서 2개 경로로 분할되는 시스템과 방법이다. 하나의 경로는 기존의 과열기 표면으로 정해지고 또 다른 경로는 노(furnace)를 돌출하는 새로운 표면이다. 각 경로는 분무 과열저감기로써 독립적으로 제어되고 또 독립적으로 완전한 증기온도를 얻는다. 증기들은 과열기 출구에서 단일 경로로 재결합된다. 본 발명의 이중경로 평행 과열기(dual-path parallel superheater: "DPPS")는 기존 과열기의 교체 필요가 없이 증가한 증기속도를 허용한다.

본 발명을 특징화하는 신규한 여러 특징이 첨부되고 또 본 개시의 일부를 구성하는 특허청구범위에서 특별하게 지적된다. 본 발명과 그 사용에 의해 얻어진 작동 이점의 더 나은 이해를 위하여, 첨부도면과 본발명의 바람직한 실시예가 설명되는, 본 개시의 일부를 구성하는 상세 설명란이 참조된다.

본 개시의 일부를 구성하는 첨부 도면에서, 동일한 참조번호는 동일한 또는 기능적으로 유사한 부재를 지칭하기 위하여 사용된다.
도 1은 종래 기술의 단일경로의 직렬 과열기의 개략도이다.
도 2는 본 발명 이중경로의 평행 과열기의 개략도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 이중경로의 평행 과열기(dual-path parallel superheater: "DPPS")가 도시되고, 과열기는 증기가 과열되는 2개의 평행경로가 존재하도록 배열된다. 도 2는 증가한 용량을 처리하기 위하여 원래의 표면(24)에 새로운 표면(22)이 추가된 DPPS의 구성을 도시한다. 종래기술의 구조에서와 같이, 표면(22, 24)들로 증기를 전달하기 위한 드럼(30)과 표면(22, 24)들로부터 궁극적으로 증기를 수용하는 터빈과 같은 증기 수용장치(32)가 구비된다.

표 2는 도2에서 정해진 지점 A1-A4와 B1-B4에서 예측되는 증기온도와 압력을 도시한다.

표 2: 본 발명의 DPPS에 대한 증기온도와 압력

원하는 출구 압력은 1300psig이고 또 원하는 출구 온도는 900°F이다.

도 2는 지점 A1-A4로 표기된 경로 A와 지점 B1-B4로 표기된 경로 B의 2개 경로를 나타낸다. 증기온도를 제어하기 위하여, 각 경로는 하나의 중간단 (interstage) 지점에 분무 과열저감기(26, 28)를 갖는다.

도 2에 도시된 바와 같이, 지점 A1-A4를 포함하는 경로 A는 하나의 새로운 하나의 열(bank)이 설치되는 것을 필요로 하는 한편, 중간단 분무 과열저감기(26)를 활용하기 위하여 나란한 방위로 배열된다. 중간단 분무 과열저감기(26)는 지점 A2 와 A3 사이에 위치된다. 과열저감기(26)는 증기온도를 제어하고 또 낮은 증기속도에 고유한 높은 금속온도에 대항한다.

경로 A열의 튜브들은 SA213-T22와 같은 강철 화합물로 만들어질 수 있고, 출구 다리부에 복수 열의 스테인리스 강철 튜브가 채용될 수 있다. 또한, 본 발명의 나란한(side by side) 설계는, 연도 가스가 가장 뜨거운 노의 전방으로 고온 증기가 재유입되기 때문에, 요구되는 새로운 가열표면의 양을 최소화한다.

지점 B1-B4를 포함하는 경로 B는 유닛의 기존의 과열기 표면과 지점 B2와 B3사이에 위치된 기존의 중간단 분무 과열저감기(28)를 재사용한다. 중간단 분무 과열저감기(28)는 증기온도를 제어하고 또 낮은 증기속도에 고유한 높은 금속온도에 대항한다. 경로 A와 유사하게, 경로 B열의 금속들은 당업계에 잘 알려진 재료로 만들어질 수 있다. 예외는 경로 B 주 과열기의 출구 열(row)들이다: 이 열들은 일반적으로 스테인리스 강철 튜브로의 교체를 필요로 한다.

경로 A와 경로 B는 모두 독립적으로 완전한 증기온도를 얻는다. 경로 A는 41°F의 분무 여유(spray margin)를 갖고 또 경로 B는 61°F의 분무 여유를 갖는다. 동일한 온도로 제어된 후, 경로 A와 경로 B로부터의 증기는 단일의 출구를 형성하기 위하여 재결합한다.

평행 경로 경로 A와 B는 동일한 압력강하를 위하여 설계된다. 이는 새로운 표면에 헤더를 하부 천공함으로써 또는 기존의 표면에 오리피스 형성된 더치맨 (Dutchman)을 설치함으로써 초기에 이루어질 수 있다. 하부 천공 헤더와 더치맨의 설치는 당업자에게 알려진 기법이다. 그러나 유닛이 더러워짐에 따라, 분무 흐름이 변하고, 각 라인에서 압력손실은 변할 수 있다. 제어수단으로서, 라인들 중의 적어도 하나에 트림(trim)밸브가 설치될 수 있다. 동적으로 압력강하를 조정하는 능력을 갖고서, 증기흐름은 각 경로에 설계된 바와 같이 잔류할 수 있다. 따라서 증기온도와 압력도 설계된 대로 유지될 수 있다.

본 발명은 많은 이점을 제공한다. 본 발명은 용량 증가를 경험하는 산업 보일러를 위한 것이다. 증기속도가 증가하면, 드럼과 과열기 출구 사이의 압력강하량이 증가한다. 만일 새롭게 희망하는 증기속도가 충분이 크면, 출구압력을 유지하기 위하여 추가 흐름 경로를 갖는 새로운 과열기가 필요하다. 기존의 과열기 조건과 무관하게 새로운 표면이 요구된다. 그 결과, 작업자는 종종 튜브들이 수명의 한도에 도달하기 전에 튜브들을 폐기하거나 또는 높은 프로젝트 비용으로 인해 자신들의 프로젝트 모두 함께 포기하게 된다. 본 발명 DPPS는 기존 표면을 교체하지 않고 증가한 증기흐름을 허용한다.

작업자는 교체에 투자하기 전에 기존 설비로부터 가능한한 많을 것을 얻으려고 지속적으로 노력한다. 이는 기존 설비가 양호한 작동조건에 있을 때 특히 그렇다. 본 발명은 기존 표면의 재사용을 통해 작업자에게 비용 절감을 제공한다. 본 발명은 전통적인 해결방안 보다 더 적은 비용으로 증가한 증기수요의 충족을 허용한다. 본 발명은 많은 표면이 다른 구성에 적용될 수 있어서, 그 적용에 유연성을 제공한다.

본 발명 DPPS 구성은 제지산업에서 공정 회수, 스털링(stirling) 동력 보일러, 폐기물 에너지 적용예 및 바이오매스 연소기술과 같은, 그러나 이에 한정되지 않는, 여러 보일러 타입에 적용될 수 있다.

상기 표 1과 표 2의 비교는, 본 발명 DPPS가 원하는 출구 압력을 유지하면서 목표 증기온도로 제어된 증가한 증기흐름을 허용하는 것을 보여준다.

증가한 흐름 조건에서, 본 발명 DPPS 설계는 출구 압력의 저하없이 기존 과열기 표면을 재사용하는 능력; 종래기술의 설계보다 더 적은 가열표면으로 완전한 증기온도에 도달하는 능력; 및 각 증기경로레 걸쳐 압력강하를 제어하는 능력을 제공한다.

증가한 흐름조건을 처리하기 위한 대체적인 방법은 출구압력이 감소하는 것을 허용하고 또 기존 과열기(튜브, 헤더, 루프 밀봉 등)를 제거하며 또 추가적인 평행 흐름경로로써 새로운 표면을 설치하는 것을 포함한다.

다른 대체예에서, 전부 또는 일부의 용량증가는 작동온도의 증가로부터 얻어질 수 있다. 이들 실시예에서, 여기에 기재된 방법은 원하는 과열기 출구온도를 유지하면서 원하는 압력강하를 얻기 위하여 추가로 사용될 수 있다. 본 발명의 원칙의 적용을 설명하기 위하여 본 발명의 특정한 실시예 및/또는 상세내용이 도시되고 또 기재되었지만, 본 발명은 특허청구범위에 더 완전히 기재된 바와 같이, 아니면 그러한 원칙으로부터 벗어남이 없이 임의의 그리고 모든 균등물을 포함하여 당업자에게 알려진 바와 같이 구현될 수 있음이 이해된다.

Claims (17)

1. 증기를 전달하도록된 드럼;과
   상기 드럼에 대향하는 증기 수용장치;
   상기 증기를 과열하기 위한 제1경로를 제공하기 위하여 그리고 증기 수용장치의 방향으로 증기를 전달하기 위하여, 상기 드럼으로부터 증기를 수용하도록된 제1표면; 및
   상기 증기를 과열하기 위한 제2경로를 제공하기 위하여 그리고 증기 수용장치의 상기 방향으로 증기를 전달하기 위하여, 상기 드럼으로부터 증기를 수용하도록 되고, 또 상기 제1경로에 실질적으로 평행한 위치에 위치된 제2표면; 을 포함하고서,
   상기 제1경로와 제2경로의 각각이 자신의 중간단 위치에 분무 과열저감기를 갖고;
   상기 증기 수용장치의 상기 방향으로 단일 양의 증기가 전달되도록, 상기 제1경로로부터 전달된 증기와 제2경로로부터 전달된 증기가 결합되게, 상기 제1표면과 제2표면이 배열된; 이중경로의 평행 과열기.
2. 증기를 전달하도록된 드럼;과
   상기 드럼에 대향하는 증기 수용장치;
   상기 증기를 과열하기 위한 제1경로를 제공하기 위하여 그리고 상기 증기 수용장치의 방향으로 증기를 전달하기 위하여, 상기 드럼으로부터 증기를 수용하도록된 제1표면; 및
   상기 증기를 과열하기 위한 제2경로를 제공하기 위하여 그리고 상기 증기 수용장치의 상기 방향으로 증기를 전달하기 위하여, 상기 드럼으로부터 증기를 수용하도록 되고, 또 상기 제1경로에 실질적으로 평행한 위치에 위치된 제2표면; 을 포함하고서,
   상기 증기 수용장치의 상기 방향으로 단일 양의 증기가 전달되도록, 상기 제1경로로부터 전달된 증기와 제2경로로부터 전달된 증기가 결합되게, 상기 제1표면과 제2표면이 배열된; 이중경로의 평행 과열기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1경로를 따라 분무 과열저감기를 더 포함하는, 이중경로의 평행 과열기.
4. 제2항에 있어서,
   상기 제2경로를 따라 분무 과열저감기를 더 포함하는, 이중경로의 평행 과열기.
5. 증기를 전달하도록된 드럼;과
   상기 드럼으로부터 증기를 수용하고 그리고 증기를 과열하기 위한 제1경로를 제공하는 제1표면; 및
   상기 드럼으로부터 증기를 수용하고 그리고 증기를 과열하기 위한 제2경로를 제공하며, 또 상기 제1경로에 평행한 위치에 위치된 제2표면; 을 포함하고서,
   상기 제1경로와 제2경로의 각각이 자신의 중간단 위치에 분무 과열저감기를 갖고;
   상기 제1경로로부터 전달된 증기와 제2경로로부터 전달된 증기가 단일 양의 증기를 형성하기 위하여 결합하는; 이중경로의 평행 과열기.
6. 증기를 전달하도록된 드럼;과
   상기 드럼으로부터 증기를 수용하고 그리고 증기를 과열하기 위한 제1경로를 제공하는 제1표면; 및
   상기 드럼으로부터 증기를 수용하고 그리고 증기를 과열하기 위한 제2경로를 제공하며, 또 상기 제1경로에 평행한 위치에 위치된 제2표면; 을 포함하고서,
   상기 제1경로로부터 전달된 증기와 제2경로로부터 전달된 증기가 단일 양의 증기를 형성하기 위하여 결합하는; 이중경로의 평행 과열기.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1경로를 따라 분무 과열저감기를 더 포함하는, 이중경로의 평행 과열기.
8. 제6항에 있어서,
   상기 제2경로를 따라 분무 과열저감기를 더 포함하는, 이중경로의 평행 과열기.
9. 증기를 제공하는 단계;와
   증기 수용장치를 제공하는 단계;
   증기를 수용하고 또 전달하도록된 제1경로를 형성하는 제1표면을 제공하는 단계;
   증기를 수용하고 또 전달하도록된 제1경로를 형성하고 또 상기 제1경로에 실질적으로 평행하게 배열된 제2표면을 제공하는 단계;
   상기 제1경로의 방향으로 상기 드럼으로부터의 제1양(quantity)의 증기를 전달하는 단계;
   상기 제2경로의 방향으로 상기 드럼으로부터의 제2양의 증기를 전달하는 단계;
   상기 제1경로를 따라 상기 제1양의 증기를 과열하는 단계;
   상기 제2경로를 따라 상기 제2양의 증기를 과열하는 단계;
   상기 증기 수용장치의 방향으로 상기 제1경로로부터의 제1양의 증기를 전달하는 단계; 및
   상기 증기 수용장치의 방향으로 상기 제2경로로부터의 제2양의 증기를 전달하는 단계; 를 포함하고서,
   상기 제1양의 증기가 제2경로로부터의 증기와 혼합하도록 제1경로로부터 전달되어, 상기 제1경로로부터 전달된 제1양의 증기가 상기 제2경로로부터 전달된 제2양의 증기와 재결합하여 상기 증기 수용장치;로 전달하기 위한 단일의 제3양을 형성하는; 증기를 과열하는 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제1경로에는 그 중간단의 위치에 분무 과열저감기를 구비하는 단계를 더 포함하는, 증기를 과열하는 방법.
11. 제9항에 있어서,
    상기 제2경로에는 그 중간단의 위치에 분무 과열저감기를 구비하는 단계를 더 포함하는, 증기를 과열하는 방법.
12. 드럼을 제공하는 단계;와
    증기를 수용하고 또 전달하도록된 제1경로를 형성하는 제1표면을 제공하는 단계;
    증기를 수용하고 또 전달하도록된 제1경로를 형성하고 또 상기 제1경로에 실질적으로 평행하게 배열된 제2표면을 제공하는 단계;
    상기 제1경로의 방향으로 상기 드럼으로부터의 제1양의 증기를 전달하는 단계;
    상기 제2경로의 방향으로 상기 드럼으로부터의 제2양의 증기를 전달하는 단계;
    상기 제1경로를 따라 상기 제1양의 증기를 과열하는 단계;
    상기 제2경로를 따라 상기 제2양의 증기를 과열하는 단계;
    상기 제1경로로부터 떨어져서 상기 제1양의 증기를 전달하는 단계; 및
    상기 제2경로로부터 떨어져서 상기 제2양의 증기를 전달하는 단계; 를 포함하고서,
    상기 제1경로로부터의 제1양의 증기가 상기 제2경로로부터의 제2양의 증기와 혼합하도록 상기 제1경로로부터의 제1양의 증기가 전달되는; 증기를 과열하는 방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 드럼에 대향하는 증기 수용장치;를 제공하는 단계를 더 포함하는, 증기를 과열하는 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 제1경로로부터의 제1양의 증기와 상기 제2경로로부터의 제2양의 증기를 상기 증기 수용장치의 방향으로 전달하는 단계를 더 포함하는, 증기를 과열하는 방법.
15. 제14항에 있어서,
    상기 제1경로로부터의 증기와 상기 제2경로로부터의 증기는, 상기 증기 수용장치로 전달하기 위한 단일 양의 증기를 형성하기 위하여 결합하도록 혼합되는, 증기를 과열하는 방법.
16. 제12항에 있어서,
    상기 제1경로는 그 중간단의 위치에 분무 과열저감기가 구비된, 증기를 과열하는 방법.
17. 제12항에 있어서,
    상기 제2경로는 그 중간단의 위치에 분무 과열저감기가 구비된, 증기를 과열하는 방법.

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