KR20150019977A - Hybrid condenser cooling system - Google Patents

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KR20150019977A KR20130097514A KR20130097514A KR20150019977A KR 20150019977 A KR20150019977 A KR 20150019977A KR 20130097514 A KR20130097514 A KR 20130097514A KR 20130097514 A KR20130097514 A KR 20130097514A KR 20150019977 A KR20150019977 A KR 20150019977A
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황우정
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(주) 씨테크놀로지시스템
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28BSTEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B1/00Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser
    • F28B1/06Condensers in which the steam or vapour is separate from the cooling medium by walls, e.g. surface condenser using air or other gas as the cooling medium

Abstract

The present invention relates to a hybrid condenser cooling system which can reduce a large amount of cooling water and make-up water repetitively used in a surface condenser as an absorption heat pump replaces functions of the existing parallel condenser (PAC) and surface condenser. The hybrid condenser cooling system of the present invention includes: a steam turbine; a fluid supply pipe to supply steam discharged from the steam turbine; an air cooled condenser (ACC) and a surface condenser; an absorption heat pump system; and an evaporator of the absorption heat pump, a cooling water supply tank, and a cooling water circulation pump for a cooling function of the surface condenser by circulation of the cooling water.

Description

하이브리드 타입의 복수기 냉각 시스템{Hybrid condenser cooling system}[0001] Hybrid condenser cooling system [0002]
발전 싸이클에서 증기 터빈의 냉각을 위한 복수기 냉각 시스템과 관련된 기술로서 복수기에서 증기를 냉각하는 방식에 따라 공랭식 복수기(ACC : Air Cooled Condenser), 수냉식 복수기(Surface Condenser), 또는 공랭식과 수냉식을 조합한 형태의 병렬형 복수기(PAC : Parallel Condenser)등으로 나누어 진다. 복수기는 증기 터빈에서 배출하는 증기를 응축하여 최대한의 터빈 출력을 얻기 위한 장치인데 응축과정에서 포화수로 된 발전소 계통수(Circulating Water)는 급수가열기를 거쳐 보일러로 재공급 된다.(ACC), a water-cooled condenser, or a combination of an air-cooled type and a water-cooled type in accordance with a method of cooling a steam in a condenser, as a technique related to a condenser cooling system for cooling a steam turbine in a power generation cycle. And a parallel condenser (PAC). The condenser is a device for condensing the steam discharged from the steam turbine to obtain the maximum turbine output. In the condensing process, the circulating water as the saturated water is supplied to the boiler through the water heater.
현재 가동되고 있는 화력발전소들은 발전을 하기 위하여 랭킨 증기 싸이클(Rankine Steam Cycle)을 사용하며 이 과정에서 대량의 폐열을 방출함으로써 환경 문제를 발생 시킨다.Current thermal power plants use the Rankine Steam Cycle to generate electricity and generate environmental problems by releasing a large amount of waste heat in this process.
초기에는 증기 터빈에서 발생하는 열을 수냉식 복수기(Surface Condenser)를 이용하여 제거하였는데 수냉식 복수기는 가격이 저렴하고 하절기에도 어느 정도 효과적인 운영이 가능 하였다. Initially, the heat generated from the steam turbine was removed using a water-cooled condenser. The water-cooled condenser was inexpensive and was able to operate somewhat effectively during the summer months.
현재까지 주로 사용되는 복수기 냉각 방식은 수냉식이 사용되어 왔는데 수냉식은 방식에 따라 해수/담수를 사용하는 냉각방식과 냉각탑(Cooling Tower)에 의한 냉각방식이 사용되고 있다.Until now, water cooling type has been used for the condenser cooling system which is mainly used, but the cooling system using seawater / fresh water and the cooling tower system are used according to the water cooling system.
수냉식 냉각방식은 냉각수를 대기 또는 강/바다로 배출함으로써 생태계 교란과 같은 환경적인 문제를 발생 시켰고 환경적인 문제에 따라 냉각수 사용에 대한 규제가 증가함으로써 공랭식 복수기의 도입이 증가하게 되었다.The water-cooled cooling system has caused environmental problems such as ecosystem disturbance by discharging cooling water to the atmosphere or river / sea, and due to environmental problems, regulations on the use of cooling water have been increased, and the introduction of air cooling type condensers has been increased.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 공랭식 복수기의 채택이 늘고 있는데 공랭식 복수기는 수냉식 냉각방식을 사용할 수 없는 외지의 쓰레기 소각 발전소 및 도심의 열병합 발전소등에서 사용이 증가되고 있는 추세이다.In order to solve these problems, the adoption of air-cooled condensers is increasing, and the air-cooled condensers are increasingly used in incinerator power plants of outside garbage incineration plants and water-cooled power plants that can not use water-cooled cooling systems.
공랭식 복수기는 냉각수를 사용하지 않고 공기와 팬의 구동에 의해 터빈에서 배출된 증기를 냉각하기 때문에 냉각수의 배출로 인한 환경적인 문제를 해결할 수 있다.Since the air-cooled condenser cools the steam discharged from the turbine by driving the air and the fan without using the cooling water, the environmental problem due to the discharge of the cooling water can be solved.
반면 공랭식 복수기는 하절기와 같은 외기 온도가 높은 상황에서는 터빈에서 배출되는 증기를 충분히 냉각할 수 없기 때문에 터빈 출력 저하와 같은 문제점이 발생함으로써 발전 생산 단가를 높이는 문제점을 갖는다.
On the other hand, the air-cooled condenser has a problem of increasing the unit price of power generation due to a problem such as a decrease in turbine output because it can not sufficiently cool the steam discharged from the turbine in a high ambient temperature condition such as during the summer season.
1990년대 초부터 미국등과 같은 나라에서 공랭식과 수냉식의 문제점을 해결하기 위하여 공랭식과 냉각탑 형태의 수냉식을 조합한 병렬형 복수기의 채택이 늘고 있는 실정이다. 병렬형 복수기(Parallel Condenser)도 터빈에서 배출된 증기를 응축하는 과정에서 다량의 열에너지를 대기로 버리기 때문에 에너지 재활용 측면에서 문제점이 있다.
Since the early 1990s, the adoption of parallel-type condensers, which combine the air cooling type with the cooling tower type water cooling type, has been increasing to solve the problem of air cooling type and water cooling type in countries such as the United States. Parallel condensers also have problems in terms of energy recycling because they condense large quantities of heat energy into the atmosphere during the process of condensing the steam discharged from the turbine.
본 발명은 공랭식 복수기에 흡수식 히트펌프를 조합한 하이브리드 형태의 복수기 냉각 시스템에 관한 것이다. 기존의 복수기(공랭식, 수냉식, 병렬형)는 스팀 터빈에서 방출되는 증기를 공기 또는 물과 같은 매체를 통하여 냉각함으로써 발전 싸이클에서 대량의 열에너지를 공기나 해수/담수로 버림으로써 수온의 상승, 동절기의 백연현상과 같은 환경적인 문제를 발생 시킨다.
The present invention relates to a hybrid type condenser cooling system in which an absorption type heat pump is combined with an air-cooling type condenser. Conventional condensers (air-cooled, water-cooled, parallel-type) cool the steam emitted from the steam turbine through a medium such as air or water, thereby releasing a large amount of heat energy into air or seawater / fresh water in the power generation cycle, It causes environmental problems such as white smoke.
특히 본 발명은 발전과정에서 터빈 효율을 높이기 위하여 복수기를 통하여 버려지는 열을 회수함으로써 에너지 재활용 측면에서 문제가 되는 열에너지를 회수하여 지역난방, 시설농업 난방, 발전 연료 건조 및 계통수 승온에 의한 터빈 출력을 증가 시킬 수 있는 기술의 활용을 특징으로 한다.
Particularly, the present invention recovers heat that is a problem in terms of energy recycling by recovering heat discarded through the condenser in order to increase turbine efficiency in the power generation process, And the use of technologies that can be used to increase productivity.
가) 발전 싸이클 :A) Power generation cycle:
도 1 에서 보는 바와 같이 랭킨 증기 싸이클은 증기를 작동 유체(Working Fluid)로 구동되는 발전 싸이클이다. 각 싸이클에서 작동유체인 물은 액체, 과열증기, 포화수(Saturated Mixture)로 상변화를 거치면서 반복 순환하게 된다.As shown in FIG. 1, the Rankine vapor cycle is a power generation cycle in which steam is driven by a working fluid. In each cycle, the hydraulic fluid is cyclically cycled through a phase change with liquid, superheated steam, and saturated water.
도 1 의 랭킨 증기 싸이클은 다음과 같은 네가지 단계로 구성된다.The Rankine vapor cycle of Figure 1 consists of the following four steps.
1) 응축수 펌프 : 응축된 계통수가 고압으로 펌핑되는 단계 1) Condensate pump: step where the condensed system water is pumped to high pressure
2) 보일러 : 펌프에서 고압으로 들어온 계통수가 가열되어 과열증기(Superheated Steam)로 되는 단계 2) Boiler: Step that the system water that has entered the high pressure from the pump is heated and becomes superheated steam (superheated steam)
3) 증기 터빈 : 과열증기가 팽창하면서 발전을 하는 단계로서 터빈에서 방출되 는 증기가 대기압 상태로 되고 증기와 물이 혼합되어 있는 단계 3) Steam Turbine: The stage where the superheated steam is expanded and the steam released from the turbine is at atmospheric pressure and the steam and water are mixed.
4) 복수기 : 포화수에서 열을 제거하여 포화액(건도 : 0)으로 만드는 단계 4) Condenser: Step of removing heat from saturating water to make saturated liquid (dryness: 0)
실제 랭킨 증기 싸이클에서 응축수 펌프(105)의 압축과정과 증기 터빈(102)의 팽창과정은 등가역과정(Isentropic) 과정이 아니다.The compression process of the condensate pump 105 and the expansion process of the steam turbine 102 in the actual Rankine steam cycle are not isentropic processes.
상기 두가지 과정은 도 2 의 T(온도)-S(엔트로피)선도를 보면 엔트로피가 증가 하는 방향으로 진행됨을 알 수 있다.It can be seen that the above two processes proceed in the direction of increasing entropy from the T (temperature) -S (entropy) diagram of FIG.
도 2 의 T-S 선도에서 터빈의 출력을 증가시키기 위하여 복수기에서 가능한 많은 열에너지를 제거해야 하는데 복수기에서 터빈의 증기를 냉각하는 방식에 따라 공랭식 복수기(ACC : Air Cooled Condenser), 수냉식 복수기(Surface Condenser), 또는 공랭식과 수냉식을 조합한 형태의 병렬형 복수기(PAC : Parallel Condenser)등으로 나누어 진다.
In the TS diagram of FIG. 2, it is necessary to remove as much heat energy as possible from the condenser in order to increase the output of the turbine. In accordance with the method of cooling the steam of the turbine in the condenser, air condensing condenser (ACC), water- Or a parallel-type condenser (PAC: Parallel Condenser) in which air cooling and water cooling are combined.
나) 흡수식 히트펌프 :B) Absorption heat pump:
흡수식 시스템의 특징은 가정용이 아닌 경우 각 설치장소마다 상이한 폐열 사용 조건을 가지기 때문에 사용조건을 면밀히 검토한 다음 흡수식 열평형 싸이클을(Heat Balance) 고려하여 시스템의 설계 및 제작을 해야 한다. 도 3 에서 보는 바와 같이흡수식 싸이클을 구성하는 재생기(Generator:303), 흡수기(Absorber:302), 응축기(Condenser:304), 증발기(Evaporator:301)에서의 압력, 온도를 고려한 저온부(증발기)에서의 회수열량(Chilled Water Capacity), 고온부(재생기)에서의 공급 열량(Heat Source) 및 흡수식 히트펌프의 승온부(응축기)에서 공급하는 에너지(Hot Water Capacity)의 열평형 및 냉매의 유량 및 농도가 흡수식 시스템의 적용 여부를 결정하게 된다.Since the characteristics of the absorption system are different for households, the system must be designed and manufactured considering the use of heat balance in consideration of the conditions of use. As shown in FIG. 3, in the low temperature section (evaporator) considering the pressure and temperature in the generator 303, the absorber 302, the condenser 304 and the evaporator 301 constituting the absorption cycle, (Heat source) in the high temperature portion (regenerator) and the heat balance of the energy (Hot Water Capacity) supplied from the temperature rising portion (condenser) of the absorption heat pump, and the flow rate and concentration of the refrigerant are And determines whether the absorption system is applied.
예를들면 흡수식 히트펌프의 경우 구동할 수 있는 에너지원인(Heat Source) 증기나 고온수가 부족할 경우 별도의 열공급 시설(보일러의 추가설치)의 설치를 결정해야 된다.
For example, in the case of an absorption type heat pump, it is necessary to decide on the installation of a separate heat supply facility (additional boiler installation) when the heat source steam or high temperature water is insufficient.
다) 복수기 :However,
1) 공랭식 복수기(Air Cooled Condenser)1) Air Cooled Condenser
증기 터빈에서 배출되는 증기를 냉각하기 위하여 사용되는 건식 타입(Dry Type)의 복수기로서 냉각수를 사용하지 않기 때문에 보충수(Makeup Water)의 공급없이 냉각기능을 수행할 수 있다. 도 5 에서 보는 바와 같이 여러 개의 핀튜브(Fin Tube : 13) 묶음이 공랭식 복수기의 지붕에 설치되어 있고 증기 터빈에서 배출되는 증기는 공랭식 복수기와 연결된 메인 증기 배관(10)을 통하여 라이저 배관(Riser Duct : 11)을 거쳐 공랭식 복수기의 지붕에 설치된 상단증기 분배 헤더(Upper Steam Distribution Header : 12)로 공급된다.A dry type condenser used to cool the steam discharged from the steam turbine. Since the cooling water is not used, the cooling function can be performed without supplying the makeup water. As shown in FIG. 5, a plurality of fin tubes 13 are installed on the roof of the air-cooled condenser, and the steam discharged from the steam turbine is supplied to the riser pipe (Riser Duct) through the main steam pipe 10 connected to the air- : 11) to the Upper Steam Distribution Header (12) installed on the roof of the air-cooled condenser.
상단증기분배 헤더에서 공급되는 스팀은 여러 개의 핀튜브 묶음을 지나 응축 되면서 헤더(21)를 거쳐 트랜스퍼 헤더(20)로 이송된다. The steam supplied from the upper steam distribution header is condensed through the plurality of fin tube bundles and transferred to the transfer header 20 via the header 21.
2) 수냉식 복수기(Surface Condenser)2) Water-cooled condenser (Surface Condenser)
진공압력이하에서 증기를 응축하기 위해 사용되는 열교환기로서 도 4 에서 보는 바와 같이 튜브엔 쉘(120) 형태의 복수기는 기체상태인 증기를 응축시켜 액체화 시킨다. 증기는 냉각수가 지나가는 튜브(120)의 외부 표면에서 응축이 되며 냉각수는 냉각탑 또는 해수/담수에서 순환되면서 냉각 작용을 하게 된다.As a heat exchanger used to condense the vapor below vacuum pressure, the condenser in the form of a tube-shell 120 as shown in FIG. 4 condenses and vaporizes gaseous vapor. The steam is condensed on the outer surface of the tube 120 through which the cooling water passes, and the cooling water is circulated in the cooling tower or in the seawater / fresh water to cool it.
복수기를 통해 들어온 증기는 튜브를 지나가는 냉각수에 의해 응축이 되어 액체 상태로 변하면서 복수기 하단의 집수정(Hotwell) 에 모여서 복수기 출구를 통해 발전소 계통수로서 급수 가열기(Feedwater Heater)로 전달된다.
The steam entering through the condenser is condensed by the cooling water passing through the tube and is converted into the liquid state. The steam is collected in the hotwell of the bottom of the condenser, and is transferred to the feedwater heater through the outlet of the condenser.
3) 병렬식 복수기(Parallel Condenser)3) Parallel condenser
도 6 에서 보는 바와 같이 공랭식 복수기(250)와 수냉식 복수기(Surface Condenser : 50)의 혼합으로 구성 되어 있으며 수냉식 복수기의 냉각 기능을 수행하기 위하여 냉각탑등과 같은 수냉식 냉각 시스템과 연계하여 사용한다. 두개의 복수기를 병렬 연결하여 사용하며 터빈에서 배출된 증기는 먼저 공랭식 복수기를 통과하여 대부분의 증기가 응축이 되며, 수냉식 복수기와 냉각탑(150)을 순환하는 냉각수가 나머지 증기를 응축 시킨다. 냉각탑에 의하여 증발하는 냉각수를 보충하기 위하여 보충수(70)를 주입한다. As shown in FIG. 6, the air-cooling type condenser 250 and the surface condenser 50 are used in combination with a water-cooling type cooling system such as a cooling tower to perform the cooling function of the water-cooled condenser. Two condensers are connected in parallel. The steam discharged from the turbine first passes through the air-cooling type condenser, so that most of the steam is condensed. The cooling water circulating through the water-cooled condenser and the cooling tower 150 condenses the remaining steam. The replenishing water (70) is injected to replenish the cooling water evaporating by the cooling tower.
수냉식 복수기의 역할은 공랭식 복수기의 디플레그메이터(Dephlegmator : 13)를 대치하는 것이다. 이렇게함으로써 공랭식 복수기의 사이즈 및 가격을 줄일 수 있다.또한 기존의 공랭식이나 수냉식 복수기보다 성능향상 및 운영의 복잡성도 단순화 시킬 수 있다.The role of the water-cooled condenser is to replace the dephlegmator of the air-cooled condenser. This can reduce the size and cost of air-cooled condensers and simplify performance and operational complexity than traditional air-cooled or water-cooled condensers.
대한민국 등록특허 제 10-0758412, 발명의 명칭 "발전 설비의 냉각수 공급 장치"Korean Patent No. 10-0758412 entitled "Cooling Water Supply Device for Power Generation Facilities" 대한민국 등록특허 제 10-2010-0043254, 발명의 명칭 "냉매 기화열을 이용한 증기터빈 복수기 시스템"Korean Patent No. 10-2010-0043254 entitled " Steam turbine condenser system using refrigerant vaporization heat " 대한민국 등록특허 제 10-2009-0117871, 발명의 명칭 "흡수식 히트펌프를 이용한 지역난방수 공급 시스템"Korean Patent No. 10-2009-0117871, entitled " District Heating Water Supply System Using Absorption Heat Pump " 대한민국 등록특허 제 10-20090105445, 발명의 명칭 "발전소 복수기의 냉각 설비"Korean Patent No. 10-20090105445 entitled "Cooling System for Power Plant Condenser" 미국 등록특허 US 7,926555 B2, "Series-Parallel Condensing System"U.S. Pat. No. 7,926,555 B2, "Series-Parallel Condensing System"
냉각탑이나 해수/담수를 사용하는 수냉식 복수기(Surface Condenser)는 냉각수를 사용함으로써 고온의 냉각수 배출 또는 가열된 수증기의 대기 방출로 인한 환경적인 문제를 발생 시킨다. 수냉식 복수 냉각 시스템에서 전기를 생산하기 위하여 30 ~ 50% 정도가 되는 에너지를 냉각수를 통하여 외부로 방출하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 냉각수를 사용하지 않는 공랭식 복수기(Air Cooled Condenser)가 도입되어 사용되기 시작 하였다.Surface condensers using cooling towers or seawater / fresh water cause environmental problems due to the discharge of hot water or the release of heated water vapor by using cooling water. In order to produce electricity in the water-cooled multiple cooling system, energy of about 30 to 50% is discharged through the cooling water to the outside. To solve this problem, an air cooled condenser without cooling water has been introduced and used.
한편 공랭식 복수기는 냉각수를 사용하지 않는 대신 공기를 흡입하여 복수기를 냉각 시키기 위하여 핀튜브(13)를 설치하여 강제로 팬을 구동시켜 발전소 계통수를 냉각 하였다. 공랭식 복수기는 공기를 사용하여 냉각을 하기 때문에 외기온도가 높아지는 여름철에는 냉각 성능이 저하되어 터빈의 출력이 감소하여 발전량도 저하되는 문제점을 가지고 있다. 또한 핀튜브를 이용하여 계통수를 냉각하기 때문에 설치 면적이 큰 단점도 가지고 있다.On the other hand, the air-cooled condenser does not use cooling water, but instead uses a fin tube 13 to cool the condenser by sucking the air, and forcibly drives the fan to cool the system water. Since the air-cooled condenser is cooled by using air, there is a problem that the cooling performance is lowered in the summer when the outside temperature is high, and the output of the turbine is decreased, and the power generation amount is also lowered. Also, since the system is cooled by using the fin tube, the installation area is also large.
공랭식과 수냉식 복수기의 단점을 해결하기 위하여 병렬형 복수기가 도입 되었다.Parallel amplifiers have been introduced to solve the disadvantages of air-cooled and water-cooled condensers.
병렬형 복수기는 공랭식 복수기의 냉각 기능을 수냉식 복수기가 일부 대치함으로써 설치 면적을 줄일 수가 있고 시스템을 단순화함으로써 경제성을 향상시킨 복수기 냉각 시스템이다.
The parallel type condenser is a condenser cooling system which can reduce the installation area by partially replacing the cooling function of the air-cooling type condenser by a water-cooled condenser and improve the economical efficiency by simplifying the system.
그럼에도 불구하고 상기에서 설명한 3가지 형태의 복수기 냉각 시스템은 발전과정에서 많은 양의 에너지를 배출하는데 전혀 에너지를 회수하지 못하는 단점을 가지고 있다.Nevertheless, the above-described three types of condenser cooling systems have a disadvantage in that they can not recover energy at all because they discharge a large amount of energy during the power generation process.
특히 병렬형 복수기는 복수기의 냉각 성능과 설치면적을 줄일 수 있는 장점에도 불구하고 발전과정에서 배출되는 30 ~ 50% 정도의 에너지 회수 문제 및 지속적인 보충수의 공급으로 인한 운영비 지출의 과다 문제를 해결하지 못하는 시스템이다.
Especially, the parallel type condenser solves the problems of the energy recovery of about 30 ~ 50% discharged from the power generation process and the overhead of the operating expenses due to the continuous supply of the replenishment water despite the advantages of reducing the cooling performance and the installation area of the condenser It is a system that can not.
본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 공랭식 복수기와 흡수식 히트펌프를 연동하는 하이브리드 타입의 복수기 냉각 시스템을 사용한다.In order to solve such a problem, the present invention uses a hybrid type condenser cooling system in which an air-cooling type condenser and an absorption type heat pump are interlocked.
이렇게함으써 공랭식 복수기의 일부 냉각 기능을 흡수식 히트펌프가 대치함으로써 수냉식 복수기에서 버려지는 에너지의 회수가 가능하게 되고 또한 공랭식 복수기의 설치 면적을 줄이는 효과가 있다.By doing so, the absorbing heat pump replaces a part of the cooling function of the air-cooling type condenser, thereby enabling the energy recovered from the water-cooled condenser to be recovered and also reducing the installation area of the air-cooling type condenser.
기존의 병렬형 복수기의 수냉식 복수기 기능을 흡수식 히트펌프가 대치함으로써 수냉식 복수기에서 반복적으로 사용되던 대량의 냉각수 및 보충수를 절감할 수 있다.By replacing the function of the water-cooling type condenser of the conventional parallel type condenser with the absorption type heat pump, it is possible to save a large amount of cooling water and make-up water which was repeatedly used in the water-cooling type condenser.
본 발명의 하이브리드 타입 복수기 냉각 시스템은 터빈 증기를 응축하는 과정이 순차적 진행이 되는데 다음과 같이 2단계로 나뉘어진다. 첫번째 과정은 터빈 증기가 공랭식 복수기(250)에 의해 응축이 되고 첫번째 과정을 통과한 증기와 응축수는 증기 헤더(21)에 모인 다음 증기 배관을 타고 수냉식 복수기(Surface Condenser:50)로 전달된다. 두번째 과정인 수냉식 복수기는 증기에서 만들어진 응축수가 저장되는 집수정(Hotwell : 60)이 있다. 두번째 과정의 수냉식 복수기는 흡수식 히트펌프의 증발기(Evaporator : 301)와 연결 되어 있다. 공랭식 복수기와 증기터빈의 주배관(10)에서 전달된 증기와 응축수는 흡수식 히트펌프의 증발기(301)를 통과하면서 순환하는 냉각수(30)에 의해 응축이 된 다음 집수정(60)을 통하여 급수가열기로 전달된다. 한편 냉각수 순환펌프(80)에 의해 순환하는 냉각수(30)는 수냉식 복수기(50)와 증발기(301)를 순환하면서 냉각기능을 수행한다. 순환하는 냉각수(30)는 수냉식 복수기 내부의 튜브(120)를 통과하면서 공랭식 복수기에서 전달되는 증기와 응축수를 응축시키는데 급수탱크에서 나온 냉각수가 증발기(301)를 순환하면서 냉각 기능을 제공한다. 이런 싸이클을 거치면서 두번째 냉각 과정은 강력한 흡입 장치와 같은 역할을 하면서 첫번째 냉각 과정에서 응축되지 않은 증기를 신속하게 응축 시킨다. 두가지 과정에서 응축수는 집수정(Hotwell : 60)에 축적되고 응축되지 못한 일부 증기는 공기배출 장치에 의해 배출된다.In the hybrid type condenser cooling system of the present invention, the process of condensing the turbine steam progresses sequentially, and is divided into two stages as follows. In the first process, the turbine steam is condensed by the air-cooling type condenser 250, the steam and the condensed water passing through the first process are collected in the steam header 21, and then transferred to the surface condenser 50 by the steam piping. The second process, the water-cooled condenser, has a hotwell (60) in which condensate from the steam is stored. The water-cooled condenser of the second process is connected to the evaporator 301 of the absorption type heat pump. The steam and the condensed water delivered from the main pipe 10 of the air-cooled condenser and the steam turbine are condensed by the circulating cooling water 30 while passing through the evaporator 301 of the absorption type heat pump, Lt; / RTI > On the other hand, the cooling water 30 circulated by the cooling water circulation pump 80 performs the cooling function while circulating the water-cooled condenser 50 and the evaporator 301. The circulating cooling water 30 passes through the tube 120 in the water-cooled condenser to condense the steam and the condensed water delivered from the air-cooled condenser, and the cooling water from the water supply tank circulates the evaporator 301 to provide a cooling function. Through this cycle, the second cooling process acts like a powerful suction device, rapidly condensing non-condensed steam during the first cooling process. In both processes, the condensate accumulates in the hotwell (60) and some of the vapor that is not condensed is discharged by the air discharge device.
집수정(60)에 응축된 응축수는 계통수 공급 라인을 통해 급수가열기로 공급된다.
The condensed water condensed in the condensate 60 is supplied to the water heater through the system water supply line.
상기 설명한 것과 같은 2단계 복수기 응축 과정은 수냉식 복수기 사용시 문제되는 지속적인 보충수 공급, 공랭식 복수기 사용시 문제되는 대용량 설치 면적등과 같은 문제를 해결할 수 있다.The second stage condenser condensation process as described above can solve problems such as continuous supply of replenishing water which is problematic when using a water-cooled condenser, large installation area which is problematic when using an air-cooling type condenser, and the like.
본 발명에 따른 하이브리드 타입의 복수기 냉각 시스템은, 기존의 공랭식 또는 수냉식 복수기 냉각 시스템에서 발전과정에서 버려지는 30 ~ 50% 의 열에너지를 흡수식 히트펌프를 이용하여 회수할 수 있고, 회수된 에너지를 이용하여 발전 계통수 온도 향상을 통한 증기터빈의 출력 증가 또는 지역 냉/난방, 시설농업등의 분야에 활용할 수 있다. 하절기에는 외기온도 상승에 의한 공랭식 복수기의 성능저하 문제를 흡수식 히트펌프에서 추가적인 냉각기능을 수행함으로써 발전 출력을 높일 수 있다. 동절기에는 흡수식 히트펌프에서 회수한 열에너지를 공랭식 복수기의 핀튜브 다발에 투입하여 아이싱 문제를 효율적으로 해결할 수 있다.The hybrid type condenser cooling system according to the present invention can recover 30 to 50% of the heat energy discarded in the power generation process in the conventional air-cooled or water-cooled condenser cooling system by using the absorption heat pump, It can be applied to the increase of the steam turbine output through the improvement of the generation plant water temperature or the field of the district cooling / heating, the facility agriculture. In the summer, the performance problem of the air-cooled condenser due to the increase of the outside temperature can be improved by the additional cooling function of the absorption heat pump. During the winter season, the heat energy recovered from the absorption type heat pump can be injected into the fin tube bundles of the air-cooling type condenser to effectively solve the icing problem.
본 발명에 따른 하이브리드 타입의 복수기 냉각 시스템은 기존 발전소의 냉각탑을 대치할 수 있음으로써 냉각탑에 의한 에너지 손실 및 백연현상등의 문제도 해결할 수 있다. 또한, 서해바다와 같이 수심이 낮은 지역에서 해수 냉각수를 사용하는데 따른 갯벌 흙의 유입 및 수온 상승에 의한 해양생물(해파리, 조개등)의 유입에 의한 갑작스런 발전시스템의 불안정 문제등도 해결할 수 있다.
The hybrid type cooling system according to the present invention can replace the existing cooling tower of a power plant, thereby solving the problem of energy loss and white smoke caused by the cooling tower. In addition, it is possible to solve the problem of unexpected sudden power generation system due to inflow of marine life (jellyfish, shellfish, etc.) due to inflow of tidal flat soil and increase of temperature due to use of seawater cooling water in low water depth region such as the West Sea.
도 1 화력발전의 랭킨(Rankine) 증기 싸이클
도 2 랭킨증기 싸이클의 T-S 선도
도 3 흡수식 히트펌프의 싸이클의 구성도
도 4 수냉식 복수기(Surface Condenser) 의 구성도
도 5 공랭식 복수기(Air Cooled Condenser) 의 구성도
도 6 병렬식 복수기(Parallel Condenser) 의 구성도
도 7 하이브리드 타입의 복수기 냉각 시스템의 구성도
Figure 1 Rankine steam cycle of thermal power generation
Fig. 2 TS curve of Rankine vapor cycle
Fig. 3 Construction of cycle of absorption heat pump
Fig. 4 Structure of water-cooled condenser
5 Air Cooled Condenser
6 shows a configuration of a parallel condenser
7 is a schematic view of a cooling system of a hybrid type multi-
일반적으로 대부분의 발전 시스템은 스팀 구동에 의한 터빈-발전기로 구성되어 있다. 이 발전 시스템에서 매우 중요한 과정은 복수기에서 증기 배출에 의한 저압터빈에 의한 응축과정이다. 증기가 응축할 때 증기가 액체가 되면서 급격한 비체적의 감소가 터빈 출구를 진공상태로 만든다. 이때 터빈의 배압(Backpressure)에 의해 발전량이 증가하게 된다. 기존의 저압 증기터빈 발전기는 다음의 배압조건에서(0.03 ~ 0.17kg/cm2) 작동하게 된다. 그러나 배압이 낮아질수록 터빈의 출력이 향상된다. 그러나 최대허용 배압은 터빈 제작사의 보증 스펙으로 관리가 되고 있다. 상기 설명한 것과 같이 복수기 냉각 시스템은 발전 과정의 터빈 효율을 결정하는 중요한 요소가 된다.
Generally, most power generation systems consist of steam-driven turbine-generators. A very important process in this power generation system is the condensation process by the low pressure turbine due to steam discharge from the condenser. As the steam condenses, the sudden decrease in volume as the steam becomes liquid makes the turbine outlet vacuum. At this time, the backpressure of the turbine increases the power generation amount. Conventional low pressure steam turbine generators operate at the following back pressure conditions (0.03 ~ 0.17kg / cm2). However, the lower the backpressure, the better the output of the turbine. However, the maximum allowable backpressure is managed by the turbine manufacturer's warranty specification. As described above, the condenser cooling system is an important factor for determining the turbine efficiency of the power generation process.
도 7 에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 하이브리드 타입의 복수기 냉각 시스템은 증기터빈(102)에 의해 방출되는 증기를 주배관(10)으로 연결하여 공랭식 복수기(250)와 흡수식 히트펌프로 분리하여 터빈 증기의 냉각을 수행하는 복수기 냉각 시스템이다.
As shown in FIG. 7, the hybrid type condenser cooling system according to the present invention includes a steam turbine 102, a steam turbine 102, a main pipe 10, an air-cooling type condenser 250 and an absorption type heat pump. Cooling system.
1차적으로 공랭식 복수기에 의해 증기를 냉각하는데 공랭식 복수기는 냉각수를 사용하지 않는 대신 공기를 흡입하여 복수기를 냉각 시키기 위하여 핀튜브(13)를 설치하여 강제로 팬을 구동시켜 발전소 계통수를 냉각 시킨다. 도 7 에서 보는 바와 같이 공랭식 복수기의 배관(12)과 핀튜브(13)를 통과한 증기는 냉각이 되어 증기헤더(21)를 지나 배관에 의해 수냉식 복수기(50)로 이동된다.
The air-cooling type condenser primarily for cooling the steam by the air-cooling type condenser does not use the cooling water, but instead, the fin tube 13 is installed for cooling the condenser by sucking the air and forcibly driving the fan to cool the power generation system water. 7, the steam passing through the piping 12 and the fin tube 13 of the air-cooling type condenser is cooled and transferred to the water-cooled condenser 50 through the steam header 21 by the piping.
2차적으로 증기터빈(102)의 주배관(10)에서 증기 압력을 제어하는 스로틀밸브(23)에 의해 분기된 증기와 공랭식 복수기(250)를 통과한 응축수가 수냉식 복수기(50)으로 이동된다. 수냉식 복수기 내부에는 계통수의 응축을 위한 튜브(120)가 설치되어 냉각수 배관(30), 흡수식 히트펌프의 증발기(301), 냉각수 순환펌프를 거쳐 순환하면서 주배관(10) 및 공랭식 복수기의 증기헤더(21)에서 온 증기 및 응축수를 냉각한다.The steam branched by the throttle valve 23 that controls the steam pressure in the main pipe 10 of the steam turbine 102 and the condensed water passing through the air-cooling type condenser 250 are moved to the water-cooled condenser 50. The cooling water pipe 30, the evaporator 301 of the absorption type heat pump, and the cooling water circulation pump circulate through the water-cooled condenser, while the tube 120 for condensing the system water is installed in the condenser 10 and the vapor header 21 To cool the steam and condensate from the boiler.
또한 흡수식 히트펌프(310)에서는 수냉식 복수기(50)의 냉각수 배관(30)에 연결된 냉각수가 증발기(301)를 통과하면서 냉각되고 이때 증발기의 냉매는 증발하여 흡수기(302)로 냉매증기를 전달하여 흡수기를 가열한다.In the absorption type heat pump 310, the cooling water connected to the cooling water pipe 30 of the water-cooled condenser 50 is cooled while passing through the evaporator 301. At this time, the refrigerant of the evaporator evaporates to transfer the refrigerant vapor to the absorber 302, .
지역난방/열공급라인(400)에서 들어오는 저온의 순환수는 흡수기를 거치면서 가열된 냉매증기의 흡수열에 의해 1차 승온되어 응축기(304)로 전달된다. The low-temperature circulating water coming from the district heating / heat supply line 400 is firstly heated by the absorption heat of the heated refrigerant vapor passing through the absorber and transferred to the condenser 304.
재생기(303)에서 고온의 구동증기에 의해 발생된 냉매증기는 응축기(304)에서 1차 승온된 저온의 순환수를 2차 승온한 후 응축 액화되어 증발기로 복귀하여 흡수식 히트펌프 싸이클을 완성하고, 2차 승온된 고온의 순환수는 지역난방/열공급 라인으로 공급된다. The refrigerant vapor generated by the high-temperature driving steam in the regenerator 303 is condensed and liquefied after secondarily heating the low-temperature circulating water heated by the condenser 304 and returned to the evaporator to complete the absorption type heat pump cycle, The circulating water of the second elevated temperature is supplied to the district heating / heating supply line.
2차 승온된 고온의 순환수를 이용하여 지역난방 공급, 시설농업, 쓰레기 소각로 연료 건조 또는 발전소 급수가열기에 재투입을 통한 터빈 출력 향상들을 달성할 수 있다.By using the circulating water of the second elevated high temperature, it is possible to achieve the improvement of the turbine power by supplying the district heating, the facility agriculture, the incineration fuel drying of the incinerator or re-inputting into the power supply water heat exchanger.
도 7 에는 본 발명에 따른 하이브리드 타입의 복수기 냉각 시스템의 일 실시예가 개략적으로 도시되어 있다.  본 실시예의 하이브리드 타입의 복수기 냉각 시스템은 증기터빈(102)과 공냉식 복수기(250)와 흡수식 히트펌프(310)와 지역난방/열공급 라인(400)을 포함한다.Fig. 7 schematically shows an embodiment of a hybrid type condenser cooling system according to the present invention. The hybrid type condenser cooling system of the present embodiment includes a steam turbine 102, an air-cooled condenser 250, an absorption heat pump 310, and a district heating / heating supply line 400.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 특허청구범위에 기재된 발명의 균등한 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 자명하다.  예를 들면, 스로틀밸브 대신에 별도로 압력 감지 센서를 설치하여, 공냉식 복수기와 흡수식 히트펌프의 증기 흐름을 전환하여 사용할 수 있도록 구성할 수 있다 While the present invention has been described with respect to certain exemplary embodiments and drawings, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but on the contrary, It is evident that various modifications and variations are possible within a certain range. For example, a pressure sensor may be separately provided instead of a throttle valve so that the steam flow of the air-cooled condenser and the absorption heat pump can be switched and used
10 : 증기 주배관
11 : 라이저 배관
12 : 상단증기 분배 헤더
13 : 핀튜브(디플레그메이터 : Dephlegmator)
20 : 트랜스퍼 헤더
21 : 증기헤더
22 : 수냉식 복수기 증기 배관
23 : 스로틀 밸브
50 : 수냉식 복수기(Surface Condenser)
60 : 집수정(Hotwell)
80 : 냉각수 순환펌프
102 : 증기터빈
201 : 추기스팀
301 : 증발기
302 : 흡수기
303 : 재생기
304 : 응축기
400 : 지역난방/열공급라인
10: steam main pipe
11: Riser piping
12: Top Steam Distribution Header
13: Fin tube (Dephlegmator)
20: Transfer header
21: Steam header
22: Water-cooled condenser steam piping
23: Throttle valve
50: Water-cooled condenser (Surface Condenser)
60: Hotwell
80: Coolant circulation pump
102: Steam turbine
201: Additional steam
301: Evaporator
302: absorber
303: Player
304: condenser
400: District heating / heat supply line

Claims (3)

  1. 하이브리드 타입의 복수기 냉각 시스템으로서,
    증기터빈과,
    상기 증기터빈에서 배출되는 증기를 공급하기 위한 유체 공급 배관과
    상기 유체 공급 배관으로 공급되는 증기와 계통수의 냉각 기능을 위한 공냉식 복수기와 수냉식 복수기와
    수냉식 복수기를 냉각하기 위한 증발기와, 증기터빈에서 추기되는 스팀에 의해 구동되는 재생기와 승온기능을 담당하는 흡수기와 응축기를 순환하도록 구성된 흡수식 히트펌프 시스템과
    냉각수의 순환에 의해 수냉식 복수기의 냉각 기능을 위한 흡수식 히트펌프의 증발기와 냉각수 급수 탱크와 냉각수 순환펌프로 구성된 것을 특징으로 하는
    복수기 냉각 시스템
    As a hybrid type condenser cooling system,
    A steam turbine,
    A fluid supply pipe for supplying steam discharged from the steam turbine;
    An air-cooled condenser and a water-cooled condenser for cooling the steam and the system water supplied to the fluid supply pipe,
    An evaporator for cooling the water-cooled condenser, a regenerator driven by steam added by the steam turbine, an absorption heat pump system for circulating the condenser and an absorber for performing the temperature raising function,
    An evaporator of an absorption type heat pump for cooling the water-cooled condenser by circulation of cooling water, a cooling water supply tank and a cooling water circulation pump
    Condenser cooling system
  2. 제 1항에 있어서
    공냉식 복수기와 수냉식 복수기의 증기의 분배를 제어하기 위한 스로틀 밸브로
    구성된 복수기 냉각 시스템
    The method of claim 1, wherein
    As a throttle valve for controlling the distribution of the vapor of the air-cooled condenser and the water-cooled condenser
    Configured condenser cooling system
  3. 제 1항에 있어서
    지역난방/열공급라인에 의해 흡수식 히트펌프의 흡수기와 응축기를 순환하면서
    승온된 복수기 폐열회수시스템으로 구성된 복수기 냉각 시스템
    The method of claim 1, wherein
    By circulating the absorber and condenser of the absorption heat pump by the district heating / heat supply line
    A condenser cooling system composed of a warmed condenser waste heat recovery system
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