KR20150060936A - 급수-부분 유동 탈기기를 갖는 가스- 및 증기 터빈 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 가스- 및 증기 터빈 시스템(1)의 작동 방법에 관한 것이며, 상기 작동 방법에서는 관련 폐열 증기 발생기(6) 내에서, 관련 가스 터빈의 팽창된 작동 매체 내에 함유된 열은 하나 이상의 저압 부분(9) 및 하나 이상의 고압 부분(7)을 갖는 관련 증기 터빈(3)을 위한 증기의 생성을 위해 이용되며, 폐열 증기 발생기(6) 내에서 저압 부분(9)에는 저압 드럼(48)을 갖는 저압단(14)이 할당되며, 물 또는 증기 내에 용해된 기체가 실질적으로 저압 부분(9)을 위한 증기에 의해 저압 드럼(48)으로부터 탈기되며, 저압 드럼(48) 내의 증기 생성은 열이 폐열 증기 발생기(6) 내에서 변위됨으로써 탈기의 조절을 위해 변경되며, 가스- 및 증기 터빈 시스템(1)의 중압단(42) 또는 고압단(22) 내에서 더 적은 열이 작동 매체로부터 추출됨으로써, 열이 폐열 증기 발생기(6) 내에서 변위된다.

Description

급수-부분 유동 탈기기를 갖는 가스- 및 증기 터빈 시스템{GAS AND STEAM TURBINE SYSTEM HAVING FEED-WATER PARTIAL-FLOW DEGASSER}
본 발명은 가스- 및 증기 터빈 시스템 작동 방법, 특히 급수의 탈기 방법 및 저압 증기 드럼에서의 부분 유동 탈기에 관한 것이다.
증기 발전소의 물/증기 회로에서 필요한 수화학적 특성을 생성하기 위해서, 물 또는 증기 내에 용해된, 예를 들어 산소 또는 이산화탄소와 같은 비응축성 기체를 상기 회로로부터 제거할 필요가 있다.
응축기가 탈기를 위해 설계되고 적합할 경우에, 통상, 산소 및 불활성 기체가 터빈 응축기에서 탈기된다. 종종 암모니아가 알칼리화(pH 값 > 7)를 목적으로 물/증기 회로 내로 계량 공급된다. 이에 의해, CO2가 탄산암모늄으로서 나타나며 135℃ 보다 높은 온도에서만 탈기될 수 있다(화학적 화합물의 열적 파괴).
증기 발전소에서 이른바 급수 탱크에는 더 높은 온도에서 탈기가 제공된다. 가스- 및 증기 터빈 시스템에서는 종종 급수 탱크가 존재하는 것이 아니라, 통상적으로 이차 유동-탈기기가 존재한다. 대안적으로, 확대된 저압 증기 드럼이 전체 급수가 공급되는 급수 탱크의 기능을 담당한다(이른바 전체 유동 급수 탱크). 저압 드럼은 급수-탈기기를 포함하며, 이때, 탈기기가 저압 드럼에 장착되는 해결책도 공지되어 있다(이른바 통합 탈기기).
그러나 응축물 펌프 및 급수 펌프와의 직렬 연결도 있다(이른바 부스터 연결). 추가의 CO2 탈기가 필요한 경우, 바이패스 또는 이차 유동-탈기기가 사용된다. 약 50% 내지 최대 100% 용량을 갖는 탈기는, 예를 들어 기동 시에 또는 오작동 시에, 자세히 말해 원하는 수화학적 값이 달성될 때까지는 대체로 일시적으로만 시행된다. 그 다음, 탈기는 다시 차단될 수 있다. 탈기된 급수는 탈기기로부터 펌프를 통해 다시 급수 시스템에 공급된다.
언급된 장치들 및 상응하는 방법은 추가적인 시스템 기술적인 복잡도를 필요로 하고, 시스템의 복잡도를 높인다.
본 발명의 과제는, 탈기를 위한 복잡도가 낮아지고 시스템의 작동이 단순해지도록, 상기 언급된 방법을 더 개선하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 의해 가스- 및 증기 터빈 시스템의 작동을 위한 상기 유형의 방법이 제공됨으로써 해결되고, 상기 방법에서는 관련 폐열 증기 발생기 내에서, 관련 가스 터빈의 팽창된 작동 매체 내에 함유된 열이 하나 이상의 저압 부분 및 하나 이상의 고압 부분을 갖는 관련 증기 터빈을 위한 증기의 생성을 위해 이용되며, 폐열 증기 발생기 내의 저압 부분에는 저압 드럼을 갖는 저압단이 할당되며, 물 또는 증기 내에 용해된 기체가 실질적으로 저압 부분을 위한 증기에 의해 저압 드럼으로부터 탈기되며, 저압 드럼 내의 증기 생성은, 가스- 및 증기 터빈 시스템(1)의 중압단(42) 또는 고압단(22) 내에서 더 적은 열이 작동 매체로부터 추출됨으로써, 열이 폐열 증기 발생기 내에서 변위되므로 탈기의 조절을 위해 변경된다.
따라서, 본 발명은 저압 드럼으로의 급수 유동 내에 탈기기를 배치하는 구상을 기초로 하나, 상기 탈기기는 전체 급수 유동을 위해 구성되는 것이 아니라, 단지 저압 증기량 또는 저압 급수량을 위해, 즉, 전체 급수가 공급되는 확대된 저압 드럼의 경우보다 확실히 더 적은 양을 위해 구성된다. 제어된, 저압 증발기의 증기 생성 증가를 위해, 가스- 및 증기 터빈 시스템의 중압단 또는 고압단 내에서 더 적은 열이 작동 매질로부터 추출됨으로써, 폐열 증기 발생기 내의 열이 변위되고, 이로 인해 더 많은 열이 저압단 내에서 전달될 수 있다. 이로 인해, 탈기 작동 중에, 예를 들어 3- 압력/중간 과열기 시스템에서 20%까지 또는 그보다 높은 탈기 시스템의 더 높은 용량이 달성될 수 있다.
바람직하게는, 증기 터빈의 저압 부분에 필요한 증기량만 탈기된다.
바람직하게는, 가스- 및 증기 터빈 시스템 내에서 생성된 증기량의 30% 미만, 바람직하게는 20 % 미만이 탈기된다. 통상, 3-압력/중간 과열기 시스템에서 그 양은 전체 응축량 또는 전체 생성 증기량의 약 10% 정도 내에 있다.
바람직하게는, 가스- 및 증기 터빈 시스템의 중압단 또는 고압단 내의 열 추출의 감소는 중압단 또는 고압단에서 급수 예열기 바이패스 라인을 개방함으로써 수행된다.
바람직하게는, 탈기 작동의 연결 및 차단은 저압 급수의 온도를 조절함으로써, 즉, 냉각 응축물을 응축물 예열기 바이패스 라인으로부터 응축물 예열기 내에서 예열된 응축물에 혼합함으로써 수행된다.
상기 방법을 수행하기 위해 필요한 가스- 및 증기 터빈 시스템은 가스 터빈과, 가스 터빈의 연도 가스측 하류에 연결되고 저압 드럼을 구비한 하나 이상의 저압단 및 고압단을 포함하며 관련 증기 터빈을 위한 증기를 생성하기 위한 폐열 증기 발생기와, 병렬 연결된 두 개의 응축물 분기 라인과 연결된 응축물 라인이 분기되고 증기 터빈의 하류에 연결된 응축기와, 저압 드럼에 응축물을 공급하기 위한 제1 응축물 분기 라인 및 압력측에서 고압단으로 연결되는 급수 펌프에 응축물을 공급하기 위한 제2 응축물 분기 라인과, 제1 응축물 분기 라인에 또는 제1 응축물 분기 라인 내로 연결된 탈기기를 포함한다.
이 경우에, 탈기기의 배치는 통합된 형태로 구현될 수도 있는데, 즉, 탈기기는 예를 들어 저압 드럼에 고정 연결될 수 있고, 예를 들어 그 위에 장착될 수 있지만, 저압 드럼과 더불어 별도의 탱크로서 구성 될 수도 있다.
탈기기가 저압 증기량을 위해 구성되기 때문에, 도입부에 언급한 시스템과는 반대로, 저압 드럼이 저압단을 위해 필요한 것보다 더 크게 구성될 필요는 없다.
제1 및 제2 응축물 분기 라인은 폐열 증기 발생기 내에 배치된 응축물 예열기를 통해 그리고 응축물 예열기 바이패스 라인을 통해 응축물 라인과 연결된다.
고압단에 할당된 급수 예열기에는 급수 예열기 바이패스 라인이 할당된다.
중압단에 할당된 급수 예열기에는 급수 예열기 바이패스 라인이 할당된다.
급수 예열기 바이패스 라인 내에는 조절 가능한 밸브가 연결된다.
본 발명에 의해, 저압 드럼에 대한 소위 통합 탈기기 연결의 해결책은, 현저히 더 낮은 시스템 기술적인 복잡도를 요구하는 해결책을 위해 제거되는데, 그 이유는 저압 드럼에는 단지 저압 증기 생성을 위한 저압 급수, 즉, 전체 시스템의 물의 양의 부분 유동만이 공급되기 때문이다.
부분 유동의 레벨이 조절 가능하게 유지되고 이에 따라 탈기 시간이 변경 가능하도록, 저압 증발기의 가열은 폐열 증기 발생기의 내부에서의 열 변위에 의해 변경된다.
낮은 발전소 출력의 기동 작동 중에, 전체 급수 유동의 비교적 큰 부분 유동이 높은 온도로 탈기될 수 있으며(특히, CO2), 시스템 기술적인 복잡도는 비교적 낮고 운영의 복잡성은 한계 내에서 유지된다.
본 발명에 의해, 전체 유동-급수 탈기기로서의 저압 드럼 및, 저압 드럼으로부터 공급되는 중압 부분과 고압 부분을 위한 공급 펌프를 갖는 보급된 연결의 공지된 심각한 단점이 완전히 제거된다. 그 이유는 상기 연결 변형은, 자동으로 중압단 및 고압단의 급수 품질을 악화시키는 불순물 농도를 저압 드럼 내에서 발생시키기 때문이다. 이 경우에, 급수가 공급된 고압- 또는 중간 과열기 분사 냉각기 중 하나가 온도 조절을 위해 작동되는 경우, 고압 신선 증기 또는 중간 과열기 증기가 허용되지 않은 방식으로 악화된 급수 품질에 의해 오염된다.
또한, 본 발명에 의해, 예를 들어 두 개의 가스 터빈이 하나의 증기 터빈에 연결되는 2+1 연결에서는 각각 50%의 펌프 출력을 갖는 세 개의 펌프가 이중 작동을 보장하는 공동의 급수 펌프의 가능성이 형성된다. 따라서, 투자 비용은 저압 드럼 당 각각 하나의 자체 공급 펌프 세트가 필요한 전체 유동-급수 탈기기로서의 저압 드럼을 갖는 연결에서보다 더 낮아진다.
도면은 복합식 가스- 및 증기 터빈 시스템(1)의 물/증기 회로를 개략 도시한다.
도면은 복합식 가스- 및 증기 터빈 시스템(1)의 증기 터빈 시스템(2)만을 도시한다. 가스 터빈 시스템은 개선된 개관을 위해 생략된다. 증기 터빈 시스템(2)은 결합된 발전기(4) 및 증기 터빈(3) 하류에 연결된 응축기(5)를 구비한 증기 터빈(3)과, 도시되지 않은 가스 터빈의 가열된 배기 가스가 관류하는 폐열 증기 발생기(6)를 포함한다.
증기 터빈(3)은 고압 부분(7), 중압 부분(8) 및 저압 부분(9)으로 구성된다.
폐열 증기 발생기(6)는 응축물 예열기(10)를 포함하는데, 응축물 예열기에는 입력측에서 응축물 펌프 유닛(12)이 연결되는 응축물 라인(11)을 통해 응축기(5)로부터 응축물이 공급될 수 있다. 응축물 예열기(10)는 출력측에서 한편으로, 제1 응축물 분기 라인(13)을 통해, 증기 터빈(3)의 저압 부분(9)에 할당된 물/증기 회로의 저압단(14)과 연결되며, 다른 한편으로, 제2 응축물 분기 라인(15)을 통해 급수 펌프(16)에 연결된다. 급수 펌프(16)는 밸브(17)에 의해 차단 가능한 순환 라인 (18)을 통해 응축물 라인(11)과 연결된다.
저압단(14) 및 급수 펌프(16)에 공급되는 응축물의 온도 조절을 위해, 냉각 응축물이 응축물 라인(11)으로부터, 밸브(19, 20)에 의해 차단 가능하며 분기되어 제1 응축물 분기 라인(13)뿐 아니라 제2 응축물 분기 라인(15)으로도 통하는 응축물 예열기 바이패스 라인(21)을 통해, 응축물 예열기(10) 내에서 예열된 응축물과 혼합될 수 있다.
급수 펌프(16)는 응축물 예열기(10)로부터 배출되는 예열된 응축물을 증기 터빈(3)의 고압 부분(7)에 할당된 물/증기 회로의 고압단(22)을 위해 적합한 압력 레벨로 만든다. 고압 하에 있는 응축물은 급수로서, 출력측에서 급수 라인(24)을 통해 고압 드럼(25)에 연결된 고압 급수 예열기(23)를 통해 고압단(22)에 공급될 수 있다.
또한, 고압 급수 예열기(23)의 필요에 따른 바이패스를 위해, 급수 펌프(16)는 밸브(26)에 의해 차단 가능한 바이패스 라인(27)을 통해 고압 드럼(25)에 직접 연결된다.
고압 드럼(25)은 물/증기 순환의 형성을 위해, 폐열 증기 발생기(6) 내에 배치된 고압 증발기(28)와 연결된다. 신선한 증기의 배출을 위해, 고압 드럼(25)은 폐열 증기 발생기(6) 내에 배치되고 출력측에서 증기 터빈(3)의 고압 부분(7)의 증기 유입부(30)와 연결되는 고압 과열기(29)에 연결된다.
증기 터빈(3)의 고압 부분(7)의 증기 유출부(31)는 중간 과열기(32)를 통해 증기 터빈(3)의 중압 부분(8)의 증기 유입부(33)에 연결된다. 중압 부분의 증기 유출부(34)는 오버 플로우 라인(35)을 통해 증기 터빈(3)의 저압 부분(9)의 증기 유입부(36)와 연결된다. 증기 터빈(3)의 저압 부분(9)의 증기 유출부(37)가 응축기(5)에 연결됨으로써, 폐쇄된 물/증기 회로가 형성된다.
또한, 응축물이 중간 압력에 도달한 지점에서 급수 펌프(16)로부터 급수 라인(38)이 분기된다. 급수 라인은 출력측에서 급수 라인(40)을 통해 중압단(42)의 중압 드럼(41)에 연결되는 중압 급수 예열기(39)와 연결된다.
또한, 중압 급수 예열기(39)의 필요에 따른 바이패스를 위해, 급수 펌프 (16)의 중압 추출부는 밸브(43)에 의해 차단 가능한 바이패스 라인(44)을 통해 중압 드럼(41)에 직접 연결된다.
중압 드럼(41)은 물/증기 순환의 형성을 위해, 폐열 증기 발생기(6) 내에 배치된 중압 증발기(45)와 연결된다.
중압 신선 증기의 배출을 위해, 중압 드럼(41)은 중압 과열기(46)에 연결되며, 중압 과열기는 출력측에서 다시 증기 라인(47)을 통해 중간 과열기(32)와 연결되고, 이에 따라 증기 터빈(3)의 중압 부분(8)의 증기 유입부(33)에 연결된다.
폐열 증기 발생기(6)의 저압단(14)은, 물/증기 순환의 형성을 위해 폐열 증기 발생기(6) 내에 배치된 저압 증발기(49)와 연결된 저압 드럼(48)을 포함한다.
저압 신선 증기의 배출을 위해, 저압 드럼(48)은 저압 과열기(50) 및 증기 라인(51)을 통해 오버 플로우 라인(35)에 연결된다.
도면에 도시된 본 발명의 실시예에서, 탈기기(52)는 저압 드럼(48)으로의 급수 유동 내에 연결된다. 이 경우에, 탈기기(52)의 배치는 통합된 형태로 형성될 수도 있으며, 즉, 탈기기가 저압 드럼(48)과 고정 연결될 수 있는데, 예를 들어 탈기기가 저압 드럼 상에 장착될 수 있으나, 저압 드럼(48)과 더불어 별도의 탱크로서 형성될 수도 있다.
탈기 작동 중에, 탈기(52)의 더 높은 용량을 달성하기 위해, 열이 폐열 증기 발생기(6) 내에서 변위됨으로써, 저압 증발기(49)의 증기 생성은 제어되어 증가된다. 이를 위해, 중압단(42) 내의 급수 예열기 바이패스 라인(44) 또는 고압단(22) 내의 급수 예열기 바이패스 라인(27), 또는 두 개의 급수 예열기 바이패스 라인(44, 27)이 개방될 수 있다. 중압단 또는 고압단(42, 22)의 영역에서의 더 적은 열 추출에 의해, 더 가열된 연도 가스가 응축물 예열기(10)에 도달하고, 응축물의 더 강한 가열이 가능함으로써 더 많은 양의 물 또는 증기가 탈기될 수 있다.

Claims (6)

  1. 가스- 및 증기 터빈 시스템(1)의 작동 방법이며, 관련 폐열 증기 발생기(6) 내에서, 관련 가스 터빈의 팽창된 작동 매체 내에 함유된 열은 하나 이상의 저압 부분(9) 및 하나 이상의 고압 부분(7)을 갖는 관련 증기 터빈(3)을 위한 증기의 생성을 위해 이용되며, 폐열 증기 발생기(6) 내에서 저압 부분(9)에는 저압 드럼(48)을 갖는 저압단(14)이 할당되며, 물 또는 증기 내에 용해된 기체가 실질적으로 저압 부분(9)을 위한 증기에 의해 저압 드럼(48)으로부터 탈기되며, 저압 드럼(48) 내의 증기 생성은 열이 폐열 증기 발생기(6) 내에서 변위됨으로써 탈기의 조절을 위해 변경되는, 가스- 및 증기 터빈 시스템의 작동 방법에 있어서,
    가스- 및 증기 터빈 시스템(1)의 중압단(42) 또는 고압단(22) 내에서 더 적은 열이 작동 매체로부터 추출됨으로써, 열이 폐열 증기 발생기(6) 내에서 변위되는 것을 특징으로 하는, 가스- 및 증기 터빈 시스템의 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서, 증기 터빈(3)의 저압 부분(9)을 위해 필요한 증기량만이 탈기되는 것을 특징으로 하는, 가스- 및 증기 터빈 시스템의 작동 방법.
  3. 제1항에 있어서, 가스- 및 증기 터빈 시스템(1) 내에서 생성된 증기량의 30% 미만, 바람직하게는 20 % 미만이 탈기되는 것을 특징으로 하는, 가스- 및 증기 터빈 시스템의 작동 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 중압단(42) 또는 고압단(22) 내의 작동 매체로부터는 더 적은 열이 급수 예열기 바이패스 라인(44, 27)의 개방을 통해 추출되는 것을 특징으로 하는, 가스- 및 증기 터빈 시스템의 작동 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 저압 급수의 온도 조절을 통해 탈기 작동이 수행되는 것을 특징으로 하는, 가스- 및 증기 터빈 시스템의 작동 방법.
  6. 제5항에 있어서, 온도 조절을 위해, 응축물 예열기 바이패스 라인(21)으로부터의 냉각 응축물이, 응축물 예열기(10) 내에서 예열된 응축물에 혼합되는 것을 특징으로 하는, 가스- 및 증기 터빈 시스템의 작동 방법.
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