KR20150067185A - 발전소의 유연한 작동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연도 가스 채널(K) 내에 배열된 폐열 증기 발생기(1)의 다양한 단(V, D, U)의 가열면을 포함하며 강제 관류 원리에 따라 작동하는 폐열 증기 발생기(1)를 갖는 발전소의 유연한 작동을 위한 방법에 관한 것이며, 출력을 증가시키기 위해, 폐열 증기 발생기(1)의 연도 가스 채널(K) 내에 배열된 추가 연소부(F)의 연결과 거의 동시에, 가열면을 관류하는 급수(W)의 급수 유동량의 증가가 수행된다.

Description

발전소의 유연한 작동 방법{METHOD FOR FLEXIBLY OPERATING A NUCLEAR POWER PLANT}

본 발명은 강제 관류 원리에 따라 작동하는 폐열 증기 발생기를 이용하는 발전소의 유연한 작동 방법에 관한 것이다.

현대의 발전소로부터는 높은 효율뿐만 아니라 가능한 한 유연한 작동 방식도 요구된다. 이에는 짧은 시동 시간 및 높은 부하 변경 속도 외에도, 예를 들어 네트워크 내의 주파수 간섭을 보상하는 가능성도 포함된다. 따라서, 여러 나라의 각 네트워크의 요구 조건 프로파일(requirement profile)에 따라, 그리고 그에 해당하는 보수 모델(remuneration model)에 따라, 특히 가스- 및 증기 복합 발전소의 경우에, 피크 부하 작동 시에 추가 연소를 이용하여 가능한 한 신속히 추가 출력을 물-증기 회로를 통해 네트워크에 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 추가 연소를 이용하는 이러한 가스 및 증기 발전소는 예를 들어 DE 10 2010 060 064 A1, EP 1 050 667 A1 및 US 3,980,100에 공지되어 있다.

현재 알려진 추가 연소를 이용하는 발전소에는 통상 드럼식 보일러가 사용되고 있다. 여기서, 추가 연소의 활성화 후에, 증발기 내에서 발생한 증기량은 확실히 시간 지연되고서야 비로소 증가된다. 증기 발생의 과도 특성과 직접 관련되는 해당 가열면 도관의 증기 냉각은 마찬가지로 시간 지연되고서야 개선된다. 구체적으로 이는, 바로 추가 연소의 스위치 온 시에 과열기 가열면 및 중간 과열기 가열면이 연도 가스 측에서 증가되는 가열을 우선 거의 동일한 증기 유동량으로 대응해야 하는 것을 의미한다. 그러나 바꿔 말하자면, 이는 추가 연소의 출력 증가의 제한을 통해서만 상기 가열면의 유체 온도와 이에 따라 벽 온도도 허용 가능한 한계 내에서 유지될 수 있다는 것도 의미한다. 그러나 이러한 요구 사항은 설비 유연성을 상당히 제한한다.

본 발명의 과제는 상술된 단점을 극복하는 방법을 제공하는 것이다.

이러한 과제는 청구항 제1항의 특징을 갖는 발전소의 유연한 작동을 위한 방법에 의해 해결된다.

특히 폐열 증기 발생기의 연도 가스 채널의 과열기-/중간 과열기 영역 내에 배열된 추가 연소부의 이용을 통해, 물-증기-회로에 전달되는 열 출력이 증가하고, 이로 인해, 형성된 증기량 및 결과적으로 증기 터빈을 통해 형성된 기계적 출력이 증가된다. 그러나 이 경우에, 연도 가스 채널 내에서는 연결된 추가 연소부 주변에서 연도 가스 온도가 상당히 증가한다는 것이 고려된다. 이 상황에서, 연도 가스 방향으로 추가 연소부의 하류에 첫째로 놓인 가열면(통상 고압 과열기 가열면)이 고온 부하에 노출된다. 그러나 상기 가열면의 충분한 도관 냉각은 안전한 지속 작동을 보장하기 위해 꼭 필요하다. 연도 가스 채널 내의 상응하는 가열면의 충분한 도관 냉각을 제공하는 예를 들어 추가의 인젝션 냉각기와 같은 추가의 부품들의 사용을 회피하기를 원할 경우, 결과적으로 상기 도관 냉각은 증발기 내에서 형성된 증기량을 통해 보장된다. 그러나 증발기 내의 증기 형성이 추가 연소부의 스위치 온 후에 확실히 시간 지연되고서야 증가하기 때문에, 과열기는 적어도 추가 연소의 연결 직후에 도관 냉각 특성이 대략 동일할 때 훨씬 더 큰 가열에 노출되고, 이러한 가열로부터 모든 결과가 초래된다.

따라서, 본 발명에 따르면, 연도 가스 채널 내에 배열된 폐열 증기 발생기의 다양한 압력 단의 가열면을 포함하며 강제 관류 원리에 따라 작동하는 폐열 증기 발생기를 갖는 발전소의 유연한 작동이 제공되고, 폐열 증기 발생기의 연도 가스 채널 내에 배열된 추가 연소부의 연결과 거의 동시에 출력을 증가시키기 위해, 가열면을 관류하는 급수의 급수 유동량의 증가가 수행된다.

본 발명의 핵심적인 개념은 드럼 시스템과는 다른 강제 관류 시스템의 기술-물리학적인 장점을 이용하는 것이다. 본 발명에 따르면, 드럼 증발기를 갖는 시스템에는 제공되지 않은 강제 관류 시스템의 시스템 특성이 이용된다. 이러한 시스템 특성은 연도 가스 채널에 일체된 추가 연소부를 구비한 폐열 증기 발생기를 갖는 발전소를 위해 중요한 장점을 나타내는데, 그 이유는 높게 가열된 과열기 가열면의 냉각이 급수의 조절에 의해 능동적으로 영향을 받을 수 있기 때문이다. 이로써, 드럼식 보일러에 비해, 기본적으로 유연성에 대해 최적화된 강제 관류 시스템은 추가 연소를 통해 그리고 그에 매칭된 동시적인 급수 조절을 통해 더 높은 설비 유연성을 제공한다. 또한, 증기 유동량의 증가를 통해, 과열기의 구성에 중요한 최대 온도가 하강한다. 이로써, 추가 연소부의 하류에 배열된 과열기의 구성이 더 저렴한 재료로 가능하다.

본 발명의 바람직한 개선예는 증발기 자체의 자체 보호와 관련된다. 추가 연소부의 스위치 온 시에 증발기 유출부에서의 과열 기본 설정값의 능동적인 하강을 통해, 추가 연소로부터 발생하는 증발기 도관의 더 높은 가열도 더 양호하게 대응된다. 또한, 증발기를 관통하는 관류의 증가는 개선된 도관 냉각을 초래한다. 이를 위해 특히 적절한 조절은 EP 2 194 320 A1에서 알 수 있다.

추가 연소부의 연결 후에, 증발기 유출부에서의 실제 과열이 더 빨리 감소되어야 하는 경우, 또는 증기 유동량의 요구되는 증가가 특히 과열기의 개선된 냉각을 충분히 빠르게 유도하지 않는 경우, 추가의 파일럿 제어 신호가 제공될 수 있기 때문에, 급수 유동량의 증가가 더 보완된다. 바람직하게는 이를 위해, 추가 연소부의 출력 증가가 DT1 미분 동작 요소를 통해 평가되며 추가 인자로서 급수량 신호에 적용된다. DT1 미분 동작 요소의 특성에 따라 추가 연소의 과도 과정 시에만 추가의 신호가 주어짐으로써, 급수 유동량 신호에 의해, 추가 연소의 비활성화 시 또는 일정한 추가 연소 출력 시에는 변경되지 않는다.

본 발명이 단일 도면을 참조로 예시적으로 설명된다. 도면에는 폐열 증기 발생기(1)가 매우 개략적으로 도시되며, 이는 강제 관류 원리에 따라 작동된다. 통상적으로 이러한 폐열 증기 발생기는 하나 이상의 예열기 단(V)과, 하나 이상의 증발기 단(D)과, 하나 이상의 과열기 단(U)을 포함한다. 개별 단들의 가열면은, 예를 들어 가스 터빈으로부터 방출되는 가열된 연도 가스(R)가 먼저 과열기 단(U)의 가열면, 그 다음 증발기 단(D)의 가열면 그리고 이어서 예열기 단(V)의 가열면을 통과하도록 연도 가스 채널(K) 내에 배열된다. 각각의 단 내에서, 연도 가스(R)로부터 가열면을 관류하는 매체로의 열 전달이 수행된다. 유동 매체측에서 예열기 단(V)의 가열면의 상류에는 급수 펌프(P)가 연결되며, 하류에는 증발기 단(D)의 가열면이 연결된다. 출력측에서 증발기 단(D)의 가열면은 유동 매체측에서 상세히 도시되지 않은 물 분리기를 통해, 하류에 연결된 과열기 가열면(U)과 연결될 수 있는데, 과열기 가열면은 과열기 가열면을 벗어나는 증기의 온도의 적응을 위해 과열기 가열면 측에 인젝션 냉각기를 구비할 수 있다.

여기서 폐열 증기 발생기(1)는 급수(W)의 조절식 인가를 위해 구성된다. 이를 위해, 급수 펌프(P)는, 급수 펌프(P)로부터 예열기(V) 방향으로 공급된 급수량 또는 급수 유동량이 적절한 제어를 통해 설정될 수 있도록, 급수량 조절 장치(SP)를 통해 조절된다. 이러한 유형의 급수량 조절 장치(SP)가 어떻게 구성될 수 있는지는 예를 들어 EP 2 194 320 A1에서 알 수 있다. 여기에 도시된 실시예에서, 과열기(U) 가열면 또는 가능한 중간 과열기 가열면의 영역 내에서 연도 가스 채널(K) 내에 추가 연소(F)가 제공된다. 추가 연소(F)는 상응하는 추가 연소 출력 조절 장치(SF)를 통해 조절되는데, 특히 스위치 온 및 스위치 오프되기도 한다. 본 발명에 따른 방법의 실행을 위해, 추가 연소(F)를 위한 추가 연소 출력 조절 장치(SF)뿐만 아니라, 급수 펌프(P)를 위한 급수량 조절 장치(SP)도 예를 들어 발전소의 중앙 제어 시스템과 같은 제어 장치(S)를 통해 상응하게 제어 및 모니터링된다.

강제 관류 시스템은 순환 증발기에 비해, 유동 매체가 증발기의 유출부에서 정상 작동 시에 이미 과열된다는 중요한 장점을 갖는다. 본 발명에 따른 방법에 상응하여, 추가 연소의 스위치 온 시에 이미 동시적으로 급수 유동량이 증가하여, 이 급수 유동량은 강제 관류 증발기에서 증기 유동량의 동시적인 증가로 바로 이어진다. 이는, 이러한 조치에 의해 감소되는 과열을 감수하며 이루어진다. 증기 유동량의 증가에 따라 동시에 과열기 내의 도관 냉각 특성도 개선된다. 따라서, 강제 관류 시스템에 의해서는 추가 연소부의 스위치 온 시에 이미 과열기가 증가하는 증기 유동량에 의해 더 양호하게 냉각될 수 있다. 급수량의 증가를 통한 증기 유동량의 증가는 이론적으로, 증발기 유출부에서의 유동 매체가 아직 포화 온도에 도달하지 않았을 때만 가능하다는 것이 고려된다. 그러한 경우에, 급수 유동량의 각각의 추가의 증가가 용기 내의 물 생성의 증가로 이어진다. 그러나 소정의 시간 지연 후에, 추가 연소의 별도 가열이 증발기 내에서도 감지되기 때문에, 포화 온도의 도달에 대해 이러한 측으로부터 반작용이 일어난다.

본 발명 출원의 개념은 정확히 강제 관류 시스템의 기술-물리학적 장점을 지향한다. 통상, 추가 연소는 전체 설비 효율을 악화시키는 특성으로 인해 설비 출력이 이미 100%에 도달한 경우, 그리고 추가의 출력이 높은 보수 조건(remueration conditions)에서 제공되어야 하는 경우에만 스위치 온된다. 시스템에 따라, 100% 설비 부하일 때 BENSON 증발기를 갖는 폐열 증기 발생기(1)의 증발기 유출부에서 최고 과열이 제시된다. 통상의 구조에서 이는 약 40K와 50K 사이에 있다. 추가 연소(F)의 스위치 온 시에 동시적으로, 상기 유형의 강제 관류 폐열 증기 발생기의 급수 설정값 결정에서의 증발기(D)의 과열 기본 설정값이 최단 시간 내에 최소값으로 감소되는 경우(통상 10K), 이러한 조치로 인해 증발기를 통한 급수 관류량이 증가된다. 급수 조절부는 증가된 공급을 통해 새로운 과열 설정값을 설정하는 것을 시도한다. 동시적으로, 추가 연소를 통해, 높은 부하를 갖는 과열기 단(U) 내에서 개선된 냉각 특성을 보장하는, 증발기를 벗어나는 증기 유동량이 증가된다. 증발기 유출부에서의 과열이, 더 증가되는 급수량에 의해 감소됨으로써, 과열기 내의 냉각 효과가 더 보강된다. 10K의 최소 과열 기본 설정값에 의해 비등선에 대한 충분한 간격이 유지되기 때문에, 증발기 유출부에서의 실제 과열의 미미한 하강 시에도 물 분리기 내의 물 형성은 고려되지 않는다. 이는, 추가 연소(F)로 인한 증발기의 증가된 가열에 의해, 증발기 유출부에서의 실제 과열은 재차 증가되는 경향을 지님으로써 지원된다.

Claims (3)

1. 연도 가스 채널(K) 내에 배열된 폐열 증기 발생기(1)의 다양한 단(V, D, U)의 가열면을 포함하며 강제 관류 원리에 따라 작동하는 폐열 증기 발생기(1)를 갖는 발전소의 유연한 작동을 위한 방법이며, 출력을 증가시키기 위해, 폐열 증기 발생기(1)의 연도 가스 채널(K) 내에 배열된 추가 연소부(F)의 연결과 거의 동시에, 가열면을 관류하는 급수(W)의 급수 유동량의 증가가 수행되는, 발전소의 유연한 작동 방법.
2. 제1항에 있어서, 급수 유동량의 증가는 폐열 증기 발생기의 증발기 단(V)의 유출부에서의 과열 기본 설정값의 감소를 통해 달성되는 것을 특징으로 하는, 발전소의 유연한 작동 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 추가로, 추가 연소(F)의 출력 변경이 평가되어, 급수 유동량의 증가의 보정 인자로서 인가되는 것을 특징으로 하는, 발전소의 유연한 작동 방법.

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