KR20150082675A - 증기 드럼에서의 피로 감소 방법 및 구성 - Google Patents

증기 드럼에서의 피로 감소 방법 및 구성 Download PDF

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Abstract

증발기로부터 물 및 증기의 유동을 수용하기 위한 제1 증기 드럼(118a)을 포함하는 열회수 증기 발생기. 제1 증기 드럼은 물 및 증기의 유동을 제2 증기 드럼으로 공급하도록 구성되어 있다. 제2 증기 드럼(118b)은 제1 증기 드럼과 유체 소통하고, 제1 증기 드럼으로부터 물 및 증기의 유동을 수용하고, 분리된 증기를 형성하기 위해 물 및 증기의 유동으로부터 증기를 분리시킨다. 증기 유동 출구(156)가 제2 증기 드럼에 배치되어 있고, 증기 유동 출구는 분리된 증기를 제2 증기 드럼으로부터 방출하도록 구성되어 있다.

Description

증기 드럼에서의 피로 감소 방법 및 구성{METHOD AND CONFIGURATION TO REDUCE FATIGUE IN STEAM DRUMS}
본원에 개시된 주제는 일반적으로 고압 증기 드럼을 갖는 열회수 증기 발생기에 관한 것이다. 특히, 본원에 개시된 주제는 동일한 압력에서 작동하는 다중 증기 드럼을 갖는 시스템에 관한 것이다.
열회수 증기 발생기(HRSG)는 가스터빈 또는 이와 유사한 소스의 배기 가스 증기에 포함된 열을 회수하여 물을 증기로 변환하는데 사용된다. 전체 플랜트 효율을 최적상태로 만들기 위하여, HRSG는 선택된 압력에서 작동하는 하나 이상의 증기 발생 회로를 포함한다.
자연 순환 보일러 및 보조 순환 보일러는 증기가 물에서 분리되는, 고압에서 작동하는 증기 드럼을 이용한다. 증기 드럼은 유체 밀도 및 작동 조건의 변화들로 인하여 드럼 내의 수면 변화를 허용하기 위해 충분한 용적을 가져야 한다. 드럼의 길이가 종종 공간 제약으로 제한되기 때문에, 필요한 용적은 드럼의 내경을 증가시킴으로써 달성되고 있다. 그러나, 드럼 벽들에 허용가능한 응력 레벨을 유지하기 위해, 드럼 벽의 두께는 내경이 증가될 때 증가되어야 한다.
증가된 드럼 벽 두께는 더 굵은 벽을 통해 가열하기 위해서는 충분히 긴 시간이 걸리기 때문에 보일러 시동시에 통과 벽 온도 기울기(through wall temperature gradient)를 증가시킨다. 이러한 통과 벽 온도 기울기의 증가는 증기 드럼 벽에 열 응력을 증가시키며, 이는 다음에 증기 드럼 벽을 크랙킹(cracking) 형태로 마모시키는 원인이 된다. 증기 드럼 벽의 크랙킹은 정비(maintenance) 또는 수선을 필요로 하며, 이는 플랜트 정지 및 추가의 비용을 만드는 원인이 된다.
본원에 개시된 구성 및 방법들은 종래 시스템들에서 발견될 수 있는 상술한 결점들을 감소시키거나 제거하기 위해 보여주고 있다.
본원에 설명된 양태들에 따라서, 증발기로부터 물 및 증기의 유동을 수용하기 위한 제1 증기 드럼으로서, 상기 물 및 증기의 유동을 제2 증기 드럼으로 공급하도록 구성된 상기 제1 증기 드럼; 상기 제1 증기 드럼과 유체 소통하고, 상기 제1 증기 드럼으로부터 물 및 증기의 유동을 수용하고, 분리된 증기를 형성하기 위해 물 및 증기의 유동으로부터 증기를 분리시키는 상기 제2 증기 드럼; 및 상기 제2 증기 드럼에 배치되어 있고, 상기 분리된 증기를 상기 제2 증기 드럼으로부터 방출하도록 구성된 증기 유동 출구를 포함하는 열회수 증기 발생기가 제공되어 있다.
본원에 설명된 다른 양태들에서, 내경 및 벽 두께를 가지며, 제1 증기 유동을 발생하기 위해 증발기로부터 물 및 증기의 제1유동을 수용하도록 구성된 제1 증기 드럼; 및 내경 및 벽 두께를 가지며, 제2 증기 유동을 발생하기 위해 증발기로부터 물 및 증기의 제2유동을 수용하도록 구성된 제2 증기 드럼을 포함하고; 상기 제1 증기 드럼 및 제2 증기 드럼은 동일한 압력에서 작동하는, 열회수 증기 발생기가 제공되어 있다.
본원에 설명된 다른 양태들에서, 열회수 증기 발생기에서 증기를 발생하는 방법으로서, 증발기로부터 나오는 물 및 증기의 제1유동을 제1 증기 드럼으로 공급하는 단계; 상기 제1 증기 드럼으로부터 나오는 물 및 증기의 제2유동을 제2 증기 드럼으로 공급하는 단계; 및 증기 유동을 발생하기 위해 제2 드럼에서 물 및 증기의 유동으로부터 증기를 분리하는 단계를 포함하고, 상기 제1 증기 드럼의 제1압력은 상기 제2 증기 드럼의 제2압력과 동일한, 증기 발생 방법이 제공되어 있다.
본원에 설명된 다른 양태들에서, 열회수 증기 발생기에서 증기를 발생하는 방법으로서, 물 및 증기의 제1유동으로부터 증기를 분리하여 제1 증기 유동을 발생하기 위해 증발기로부터 나오는 물 및 증기의 제1유동을 제1 증기 드럼으로 공급하는 단계; 및 물 및 증기의 제2유동으로부터 증기를 분리하여 제2 증기 유동을 발생하기 위해 증발기로부터 나오는 물의 제2유동을 제2 증기 드럼으로 공급하는 단계를 포함하고; 상기 제1 증기 드럼의 제1압력은 상기 제2 증기 드럼의 제2압력과 동일한, 증기 발생 방법이 제공되어 있다.
상술한 시스템 및 방법과 다른 특징들은 아래의 특징 및 상세한 설명에 의해 실례를 들어 설명되어 있다.
열회수 증기 발생기에서 이용된 증기 드럼들의 벽 두께를 감소시킴으로써, 보일러 시동시에 벽을 통과하는 가열 응력("열 응력"으로서 언급됨)이 감소된다. 벽에서의 열 응력의 감소는 벽에서 크랙 형성을 감소하거나 제거한다. 벽에서의 크랙 형성의 감소 또는 제거는 더 많은 시동 사이클을 가능하게 하고 증기 드럼을 정비하거나 대체하는데 필요한 플랜트 중단 시간을 감소시킨다.
도 1은 수평 열회수 증기 발생기의 일반적 사시도.
도 2는 수직 배열로 놓인 다중 증기 드럼의 단면도.
도 3은 수평 배열로 놓인 다중 증기 드럼의 단면도.
도 4는 수평 배열로 놓인 다중 증기 드럼의 단면도.
도 1에 도시된 바와 같이, 전체적으로 참고부호 (100)으로 지칭된 열회수 증기 발생기(HRSG)는 수평 타입이지만, 본원에 설명된 시스템 및 방법은 수직 가스 유동을 갖는 유닛들에도 동일하게 적용될 수 있다.
HRSG(100)는 가스터빈에 의해 발생된 배기 가스 내에 포함된 열을 포집하여 이용함으로써 증기를 발생한다. 발생된 증기는 다음에 증기 터빈으로 발전기를 구동하는데 사용되거나 또는 프로세스 증기로서 사용될 수 있다.
HRSG(100)는 팽창형 입구 전이 덕터(110)를 포함하고, 여기서 가스 유동(111)이 입구 덕트(112)로부터 열전달면(114)을 내장하는 HRSG의 전체 단면 섹션(113)으로 팽창된다. 열전달면(114)은 가스 유동(111)으로부터 나오는 열을 내부에 담긴 물과 같은 매체로 전달하는 다양한 튜브 뱅크들(banks)(116a-116e)을 포함한다. 열전달면(114)의 다양한 튜브 뱅크들(116a-116e)은 예를 들어, 저압 절약장치, 저압 증발기, 고압 증발기, 고압 과열기, 증발 튜브 및 강수관을 포함할 수 있다. 또한 도 1에는 증기 드럼(118) 및 굴뚝(stack)(120)이 도시되어 있다.
가스 유동(111) 내에 존재하는 열은 가스 유동으로부터 열전달면(116)으로 전달된다. 열의 전달은 증기 드럼(118)에 공급되는 과열된 물 및 증기의 혼합을 만들고, 증기 드럼이 물에서 증기를 분리시킨다. 증기는 예를 들어 전기 발생과 같은 추가의 프로세스에 사용될 수 있다. 그동안에, 가스 유동(111)은 냉각되어서 냉각된 가스 유동(121)을 형성하게 되고, 이 냉각된 가스 유동은 굴뚝(120)을 경유하여 환경으로 방출된다. 도 1에는 도시되지 않았지만, 냉각된 가스 유동(121)은 굴뚝(120)을 경유하여 환경으로 방출되기 전에 예를 들어 오염물 제거와 같은 추가의 프로세싱을 겪을 수 있을 것으로 생각된다.
도 1에 도시된 바와 같이, HRSG(100)는 단일 증기 드럼(118)을 포함한다. 그러나, HRSG(100)는 각각의 증기 드럼이 증기를 발생하기 위해 다른 압력에서 작동되는 하나보다 많은 증기 드럼(118)을 포함하는 것으로 생각된다. 예를 들어, HRSG(100)는 고압 증기 드럼, 중간압 증기 드럼, 저압 증기 드럼 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 고압 드럼, 중간압 드럼 및 저압 드럼의 작동 압력들은 시스템마다 다를 수 있고 시스템에서 실현되는 파라미터들에 따라 다를 수 있다.
하나의 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, HRSG(100)는 2개의 증기 드럼, 즉 제1 증기 드럼(118a) 및 제2 증기 드럼(118b)을 포함한다. 제1 증기 드럼(118a) 및 제2 증기 드럼(118b)은 모두 동일한 압력에서 작동된다. 이에 따라서, 증기 드럼(118a, 118b)들은 모두 고압 증기 드럼들, 중간압 증기 드럼들, 또는 저압 드럼들일 수 있다. 하나의 실시예에서, 제1 증기 드럼(118a) 및 제2 증기 드럼(118b) 모두가 고압 증기 드럼들이다. 제1 증기 드럼(118a) 및 제2 증기 드럼(118b)이 작동되는 특정 압력들은 자유로이 그들이 사용되는 시스템에 의존한다.
제1 증기 드럼(118a)은 제1 증기 드럼(118a)을 수원(도시되지 않음)과 유체 소통하게 연결하는 공급수 노즐(122)을 갖는다. 물의 유동(123)은 증발기에서 증발되는 물을 보충하기 위해 공급수 노즐(122)을 경유하여 제1 증기 드럼(118a)으로 공급된다.
물 및 증기의 추가 유동(124)은 적어도 하나의 유동 입구(126)를 경유하여 제1 증기 드럼(118a)으로 공급된다. 물 및 증기의 유동(124)은 열을 가스 유동(111)(도 1에 도시됨)과 교환함으로써 증기의 발생을 허용하는 발생관(generation tube)의 한 그룹을 경유하여 제1 증기 드럼(118a)으로 공급된다. 발생관들은 그룹을 이루어서 라이저(riser)(128)를 경유하여 제1 증기 드럼(118a)에 연결될 수 있다.
도 2는 2개의 유동 입구(126)를 도시하고 있지만, 제1 증기 드럼(118a)이 도시된 것보다 많거나 더 적은 유동 입구를 가질 수 있는 것으로 생각된다. 제1 증기 드럼(118a)에서의 유동 입구(126)들의 수는 제1 증기 드럼과 유체 소통하며 제1 증기 드럼을 증발기(129)와 연결시키는 라이저(128)의 수에 의해 결정된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 유동 입구(126)들은 제1 증기 드럼(118a)의 하단부(130)에 배치되어 있다. 물 및 증기의 유동(124)은 제1 증기 드럼(118a)으로 들어가며, 공급수 노즐(122)을 통해 제1 증기 드럼으로 공급된 물(123)과 혼합된다. 제1 증기 드럼(118a)은 드럼을 빠져나가는 증기를 대체하기 위해 물(123)을 이용하며 그리고 물 및 증기의 유동(132)으로서 물 및 증기를 제2 증기 드럼(118b)으로 공급하도록 구성되어 있다.
물 및 증기의 유동(132)보다 더 밀도가 높은 제1 증기 드럼(118a) 내의 물은 강수관(138)에 연결된 출구(136)를 경유하여 물의 유동(134)으로서 제1 증기 드럼에서 배출된다.
물 및 증기의 유동(132)은 제1 증기 드럼(118a)의 상단부(140)로 상승되어 적어도 하나의 출구(142)를 통해 제1 증기 드럼에서 배출된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 증기 드럼(118a)은 제1 증기 드럼(118a)과 제2 증기 드럼(118b)의 유체 소통을 용이하게 만드는 2개의 출구(142)를 포함한다. 2개의 출구(142)가 도 2에 도시되어 있지만, 그보다 많거나 적은 출구(142)가 제1 증기 드럼(118a)에서 사용될 수 있는 것으로 생각된다.
물 및 증기의 유동(132)은 하나 이상의 접속라인(144)을 경유하여 제2 증기 드럼(118b)으로 공급된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 증기 드럼(118a)을 제2 증기 드럼(118b)과 유체 소통가능하게 접속시키는 2개의 접속라인(144)이 있다. 그러나, 그보다 많거나 적은 접속라인(144)이 2개의 증기 드럼(118a, 118b)을 접속시키는데 사용될 수 있는 것으로 생각된다.
여전히 도 2를 참고하면, 제1 증기 드럼(118a) 및 제2 증기 드럼(118b)은 제2 증기 드럼이 제1 증기 드럼상에 배치된 상태에서 수직축에 배열되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 증기 드럼들(118a, 118b) 각각의 중심점(C)은 Y축에 위치하고 있다. 수직 배열은 물 및 증기의 유동(124)이 제1 증기 드럼(118a)의 하단부(130)로 들어가서 적어도 하나의 출구(142)를 경유하여 물 및 증기의 유동(132)으로서 제1 증기 드럼(118a)에서 배출되도록 허용한다. 물 및 증기의 유동(132)은 제1 증기 드럼(118a)의 상단부(140)로 상승되어 적어도 하나의 접속라인(144)을 경유하여 제2 증기 드럼(118b)으로 공급된다.
증기 드럼들(118a, 118b)이 Y축을 따라 수직으로 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 증기 드럼들은 수평 배열, 또는 수직 배열과 수평 배열 사이의 어떠한 배열을 위시하여 어떠한 배열로도 배치될 수 있는 것으로 생각된다.
제1 증기 드럼(118a)에서 상승되어 배출된 후에, 물 및 증기의 유동(132)은 제2 증기 드럼(118b)으로 공급되고, 여기서 증기가 물에서 분리된다. 물 및 증기의 유동(132)은 제2 증기 드럼(118b)의 하단부(148) 내에 배치된 적어도 하나의 유동 입구(146)를 경유하여 제2 증기 드럼(118b)으로 들어간다.
증기 분리기(150)는 유동 입구(146)와 유체 소통한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 증기 드럼(118b)은 2개의 유동 입구(146) 및 2개의 증기 분리기(150)를 갖는다. 그러나, 제2 증기 드럼(118b)이 그보다 많거나 적은 유동 입구(146) 및 증기 분리기(150)를 포함할 수 있고, 그러한 수는 제1 증기 드럼(118a)로부터 이어지는 접속라인(144)의 수에 따라 변할 수 있는 것으로 생각된다.
제2 증기 드럼(118b)에서, 증기가 물 및 증기의 유동(132)에서 분리되어 분리된 증기(152)를 형성하게 된다. 분리된 증기(152)는 제2 증기 드럼(118b)의 상단부(154)로 상승되어 증기 유동 출구(156)를 경유하여 배출된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 증기 유동 출구(156)는 제2 증기 드럼(118b)의 상단부(154)에 배치되어 있고, 유동 입구(146)들의 위치와 반대쪽에 있다. 증기 유동 출구의 다른 배열 및 위치선정이 사용될 수 있는 것으로 생각된다.
동일한 압력에서 작동되는 하나 이상의 증기 드럼을 이용하면 사용자가 단 하나의 증기 드럼에서 이용된 압력 및 용적을 유지하면서 증기 드럼의 벽(158)의 두께(t)를 감소시킬 수 있게 허용한다. HRSG(100)에서 이용된 증기 드럼들의 벽 두께(t)를 감소시킴으로써, 보일러 시동시에 벽(158)을 통과하는 가열 응력("열 응력"으로서 언급됨)이 감소된다. 벽(158)에서의 열 응력의 감소는 벽에서 크랙 형성을 감소하거나 제거한다. 벽(158)에서의 크랙 형성의 감소 또는 제거는 더 많은 시동 사이클을 가능하게 하고 증기 드럼을 정비하거나 대체하는데 필요한 플랜트 중단 시간을 감소시킨다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 증기 드럼들(118a, 118b)은 동일한 내경(D) 및 동일한 벽 두께(t)를 갖는다. 제1 및 제2 증기 드럼들(118a, 118b)의 내경(D) 및 벽 두께(t)의 편차는 이 실시예의 범위 내에 있다. 그러나, 제1 증기 드럼(118a)의 내경(D) 및 벽 두께(t)가 제2 증기 드럼(118b)의 내경(D) 및 벽 두께(t)보다 크거나 작게 될 수 있는 것으로 생각된다. 이에 따라서, 하나의 실시예에서, 제1 증기 드럼(118a)의 내경(D)은 제2 증기 드럼(118b)의 내경(D)과 다르게 하는 한편, 다른 실시예에서 제1 증기 드럼의 벽 두께(t)가 제2 증기 드럼의 벽 두께(t)와 다르게 된다.
제1 및 제2 증기 드럼들(118a, 118b)의 내경(D)들은 제1 및 제2 증기 드럼들(118a, 118b)의 전체 용적과 유사한 용적을 갖는 단일 드럼을 채용하는 시스템의 내경보다 작은 것으로 생각된다. 유사한 방법으로, 제1 및 제2 증기 드럼들(118a, 118b)의 벽 두께(t)들은 제1 및 제2 증기 드럼들(118a, 118b)의 전체 용적과 유사한 용적을 갖는 단일 드럼을 채용하는 시스템의 벽 두께보다 작은 것으로 생각된다.
제1 및 제2 증기 드럼들(118a, 118b)의 내경(D) 및 벽 두께(t)는 시스템들과, 이 시스템들에 사용된 파라미터들, 예로서 압력, 용적과의 사이에서 변할 것이다. 표준 단일 고압 증기 드럼들은 약 1700 mm 내지 약 2000 mm 사이의 내경을 가지며, 벽 두께는 약 80 mm 내지 약 125 mm 사이의 범위에 있다. 하나의 예로서, 단일 증기 드럼의 용적은 2개의 증기 드럼, 예로서 제1 및 제2 증기 드럼들(118a, 118b)을 이용하여 단일 드럼의 값들의 약 1/2(0.50) 내지 약 3/4(0.75) 만큼 내경들 및 벽 두께들을 감소시킴으로써 유지될 수 있다. 하나의 실시예에서, 단일 증기 드럼의 용적은 2개의 증기 드럼, 예로서 제1 및 제2 증기 드럼들(118a, 118b)을 이용하여 단일 드럼의 값들의 0.707까지 내경들 및 벽 두께들을 감소시킴으로써 유지될 수 있다. 따라서 2개의 증기 드럼은 단일 증기 드럼을 제조하는데 시용되는 재료와 대략 동일한 양의 재료를 이용하여 제조될 수 있다.
이제 도 3을 참고하면, HRSG(100)에서 이용된 증기 드럼들은 동일한 압력에서 작동되는 적어도 2개의 증기 드럼을 포함할 수 있다. 도 3은 2개의 증기 드럼, 즉 제1 증기 드럼(118a) 및 제2 증기 드럼(118b)을 도시한다. 제1 증기 드럼(118a)은 제2 증기 드럼(118b)이 작동되는 압력과 동일한 압력에서 작동된다. 따라서, 증기 드럼들(118a, 118b)은 모두 고압 증기 드럼, 중간압 증기 드럼, 또는 저압 증기 드럼이 될 수 있다. 하나의 실시예에서, 제1 증기 드럼(118a) 및 제2 증기 드럼(118b)은 모두 고압 증기 드럼이다.
아래에 상세히 설명된 바와 같이, 도 3에 도시된 증기 드럼들은 각각 분리되어 독립된 증기 유동을 형성하기 위해 독립적으로 증기를 분리한다. 그와 같이, HRSG(100)는 더 많은 증기를 발생하기 위해 2개 이상의 증기 드럼(118)을 포함하도록 응용될 수 있다.
여전히 도 3을 참고하면, 제1 증기 드럼(118a)은 증발기(162)로부터 물 및 증기의 제1 유동(160)을 수용하도록 적용되어 있다. 물 및 증기의 제1 유동(160)은 유동 입구(126)를 통해 제1 증기 드럼(118a)으로 들어가고, 수관(163)을 경유하여 공급된 제1 증기 드럼 내에 존재하는 물과 혼합된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 유동 입구(126)는 제1 증기 드럼(118a)의 하단부(130)에 배치된다. 제1 증기 드럼(118a)은 하나보다 더 많은 유동 입구(126)를 갖는 것으로 생각된다. 도 2와 유사하게, 증발기(162)로부터 나오는 물 및 증기의 제1 유동(160)은 라이저(128)를 경유하여 제1 증기 드럼(118a)으로 공급될 수 있다.
제1 증기 드럼(118a)은 제1 증기 유동(164)을 발생하기 위해 물 및 증기의 유동으로부터 증기를 분리시킨다. 제1 증기 유동(164)은 증기 유동 출구(166)를 경유하여 제1 증기 드럼(118a)을 빠져나간다. 도 3에 도시된 바와 같이, 증기 유동 출구(166)는 제1 증기 드럼(118a)의 상단부(140)에서 유동 입구(126)의 대향측에 배치된다.
도 3에 도시된 바와 같이, HRSG(100)에서 이용된 증기 드럼들은 또한 제2 증기 드럼(118b)을 포함한다. 제2 증기 드럼(118b)은 증발기(162)로부터 물 및 증기의 제2 유동(168)을 수용하도록 적용되어 있다. 물 및 증기의 제2 유동(168)은 유동 입구(170)를 통하여 제2 증기 드럼(118b)으로 들어가고 수관(171)에 의해 공급된 물과 혼합된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 유동 입구(170)는 제2 증기 드럼(118b)의 하단부(148)에 배치된다.
도 3에는 도시되지 않았지만, 제2 증기 드럼(118b)은 하나 이상의 유동 입구(170)를 포함하는 것으로 생각된다. 물 및 증기의 제2 유동(168)이 라이저(128)를 경유하여 제2 증기 드럼(118b)으로 공급된다.
제2 증기 드럼(118b)은 제2 증기 유동(172)을 발생하기 위해 물 및 증기의 제2 유동(168)으로부터 증기를 분리시킨다. 제2 증기 유동(172)은 제2 증기 유동 출구(174)를 경유하여 제2 증기 드럼(118b)에서 빠져나간다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 증기 유동 출구(174)는 제2 증기 드럼(118b)의 상단부(154)에서 유동 입구(170)에 대향하여 배치된다.
도 3에 도시된 형태에서 제1 및 제2 증기 드럼들(118a, 118b)은 동일한 내경(D) 및 동일한 벽 두께(t)를 갖는다. 제1 및 제2 증기 드럼들(118a, 118b)의 내경(D) 및 벽 두께(t)의 편차는 이 실시예의 범위 내에 있다. 그러나, 제1 증기 드럼(118a)의 내경(D) 및/또는 벽 두께(t)가 제2 증기 드럼(118b)의 내경(D) 및/또는 벽 두께(t)보다 크거나 작게 될 수 있는 것으로 생각된다. 이에 따라서, 하나의 실시예에서, 제1 증기 드럼(118a)의 내경(D)은 제2 증기 드럼(118b)의 내경(D)과 다르게 하는 한편, 다른 실시예에서 제1 증기 드럼의 벽 두께(t)가 제2 증기 드럼의 벽 두께(t)와 다르게 된다.
도 3에 도시된 실시예에서 채용된 증기 드럼들, 예로서 제1 및 제2 증기 드럼들(118a, 118b) 및 어떠한 추가의 증기 드럼들의 내경(D)은 제1 및 제2 증기 드럼들(118a, 118b)의 전체 용적과 유사한 용적을 갖는 단일 드럼을 채용하는 시스템의 내경보다 작은 것으로 생각된다. 유사하게, 도 3에 도시된 실시예에서 채용된 증기 드럼들, 예로서 제1 및 제2 증기 드럼들(118a, 118b) 및 어떠한 추가의 증기 드럼들의 벽 두께(t)는 제1 및 제2 증기 드럼들(118a, 118b)의 전체 용적과 유사한 용적을 갖는 딘일 드럼을 채용하는 시스템의 벽 두께보다 작은 것으로 생각된다.
제1 및 제2 증기 드럼들(118a, 118b)의 내경(D) 및 벽 두께(t)는 시스템들과, 이 시스템들에 사용된 파라미터들, 예로서 압력, 용적과의 사이에서 변할 것이다. 표준 단일 고압 증기 드럼들은 약 1700 mm 내지 약 2000 mm 사이의 내경을 가지며, 벽 두께는 약 80 mm 내지 약 125 mm 사이의 범위에 있다. 하나의 예로서, 단일 증기 드럼의 용적은 2개의 증기 드럼, 예로서 제1 및 제2 증기 드럼들(118a, 118b)을 이용하여 단일 드럼의 값들의 약 1/2(0.50) 내지 약 3/4(0.75) 만큼 내경들 및 벽 두께들을 감소시킴으로써 유지될 수 있다. 하나의 실시예에서, 단일 증기 드럼의 용적은 2개의 증기 드럼, 예로서 제1 및 제2 증기 드럼들(118a, 118b)을 이용하여 단일 드럼의 값들의 0.707까지 내경들 및 벽 두께들을 감소시킴으로써 유지될 수 있다. 따라서 2개의 증기 드럼은 단일 증기 드럼을 제조하는데 시용되는 재료와 대략 동일한 양의 재료를 이용하여 제조될 수 있다.
도 3에 도시된 제1 및 제2 증기 드럼들(118a, 118b)은 서로 분리되어 독립적으로 작동되는 수평축(X)을 따라 배열된다. HRSG(100)에 첨가되는 추가의 증기 드럼들도 또한 수평축(X)을 따라 배열될 것이다.
증기 드럼들(118a, 118b)이 X축을 따라 수평 방법으로 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 증기 드럼들은 수직 배열, 또는 수직 배열과 수평 배열 사이의 어떠한 배열을 위시하여 어떠한 배열로 배치될 수 있는 것으로 생각된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제2 증기 유동(172)은 제1 증기 유동(164)과 혼합된다. 그러나, 제1 및 제2 증기 유동들(164, 172)이 혼합되지 않을 수 있는 것으로 생각된다. 증기 유동들(164, 172)은 HRSG(100)에서 어느 곳에서든지 이용될 수 있다.
이제 도 4를 참고하면, 하나의 실시예에서, 제1 증기 드럼(118a)은 적어도 하나의 접속라인(178)을 경유하여 제2 증기 드럼(118b)과 유체 소통한다. 접속라인(들)(178)은 제1 및 제2 증기 드럼들(118a, 118b) 사이에 물의 유동을 용이하게 하여서 양쪽 드럼들 내에서 물의 용적이 각 용적에서 동일한 수위를 유지하도록 서로가 이용할 수 있다. 추가의 물이 제1 또는 제2 증기 드럼(118a, 118b)에서 필요로 하면, 수관들(163, 171)을 경유하여 추가의 물이 첨가될 수 있다.
제2 증기 드럼(도시되지 않음)이 접속라인(178)을 경유하여 제2 증기 드럼(118b)에 유체 소통하게 접속될 수 있는 것으로 생각된다. 추가의 증기 드럼들, 예로서, 제4 및 제5 증기 드럼들 등이 도 4의 HRSG(100)에 첨가될 수 있다.
본 발명은 다양한 예시적 실시예를 참고하여 설명되었지만, 기술에 숙련된 자들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변화가 만들어질 수 있고 또 동등물이 그 요소들을 대신할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 추가로, 본 발명의 본직적 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 가르침에 특별한 상황 또는 재료를 적용하여 많은 변경예가 만들어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 이 발명을 실시하기 위해 고려되는 최선의 모드로서 개시된 특별한 실시예로 제한하지 않으며, 오히려 본 발명은 첨부된 청구범위의 범위 내에 있는 모든 실시예들을 포함하는 것으로 의도되어 있다.
100: 열회수 증기 발생기(HRSG)
110: 팽창형 입구 전이 덕터
111: 가스 유동
112: 입구 덕트
113: 단면 섹션
114: 열전달면
116a-116e: 튜브 뱅크들
118: 증기 드럼
118a: 제1 증기 드럼
118b: 제2 증기 드럼
120: 굴뚝
122: 공급수 노즐
126: 유동 입구
128: 라이저
156: 증기 유동 출구
162: 증발기

Claims (20)

  1. 열회수 증기 발생기로서,
    상기 열회수 증기 발생기를 통해 흐르는 가스 유동과 열을 교환함으로써 증기 및 물을 발생하기 위해 물을 통과시키는 복수의 발생관;
    상기 복수의 발생관에 유체 소통하게 연결되어, 상기 복수의 발생관을 통해 흐르는 상기 증기 및 물을 함께 수집하기 위한 라이저(riser);
    상기 라이저로부터 수집된 물 및 증기를 수용하기 위한 제1 증기 드럼;
    접속라인을 경유하여 상기 제1 증기 드럼과 직접 유체 소통하는 제2 증기 드럼으로서, 상기 접속라인을 경유하여 상기 제1 증기 드럼으로부터 직접 상기 수집된 물 및 증기를 수용하기 위한, 제2 증기 드럼;
    상기 제2 증기 드럼 내에 배치되어, 수용된 상기 수집된 물 및 증기로부터 증기를 분리함으로써 분리된 증기를 형성하는, 증기 분리기; 및
    상기 분리된 증기를 상기 제2 증기 드럼으로부터 방출하기 위해 상기 제2 증기 드럼 내에 배치된 증기 유동 출구;를 포함하는 열회수 증기 발생기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 증기 드럼 및 상기 제2 증기 드럼은 동일한 압력에서 작동되는, 열회수 증기 발생기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 증기 드럼 및 상기 제2 증기 드럼은 상기 제2 증기 드럼이 상기 제1 증기 드럼보다 위에 배치된 상태에서 수직축에 배열되는, 열회수 증기 발생기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 증기 드럼의 하단부에서 적어도 하나의 유동 입구를 추가로 포함하고, 상기 유동 입구는 상기 제1 증기 드럼으로부터 상기 물 및 증기의 유동을 수용하도록 구성되어 있는, 열회수 증기 발생기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 증기 유동 출구는 상기 제2 증기 드럼의 상단부에 배치되는, 열회수 증기 발생기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 증기 드럼은 내경 및 벽 두께를 가지며, 상기 제2 증기 드럼의 내경은 상기 제1 증기 드럼의 내경과 동일한, 열회수 증기 발생기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 증기 드럼은 내경 및 벽 두께를 가지며, 상기 제2 증기 드럼의 벽 두께는 상기 제1 증기 드럼의 벽 두께와 동일한, 열회수 증기 발생기.
  8. 열회수 증기 발생기로서,
    상기 열회수 증기 발생기를 통해 흐르는 가스 유동과 열을 교환함으로써 증기 및 물을 발생하기 위해 물을 통과시키는 복수의 발생관으로서, 각각의 발생관이 다른 발생관들의 각각의 출구 단부와 유체 소통하는 출구 단부를 갖는, 복수의 발생관;
    내경 및 벽 두께를 가지며, 증기 출구를 포함하는 제1 증기 드럼;
    내경 및 벽 두께를 가지며, 증기 출구를 포함하는 제2 증기 드럼; 및
    상기 복수의 발생관을 통과하는 상기 증기 및 물의 제1 부분 및 제2 부분을 제각기 수집하기 위해 상기 복수의 발생관의 상기 출구 단부들에 모두 유체 소통하게 연결된 제1 라이저 및 제2 라이저를 포함하고;
    상기 제1 라이저는 수집된 증기 및 물의 상기 제1 부분을 상기 제1 증기 드럼으로 제공하여 상기 제1 증기 드럼의 상기 증기 출구로부터 배출되는 제1 증기 유동을 발생하며;
    상기 제2 라이저는 수집된 증기 및 물의 상기 제2 부분을 상기 제2 증기 드럼으로 제공하여 상기 제2 증기 드럼의 상기 증기 출구로부터 배출되는 제2 증기 유동을 발생하는, 열회수 증기 발생기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 증기 드럼의 내경은 상기 제2 증기 드럼의 내경과 동일한, 열회수 증기 발생기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 증기 드럼 및 상기 제2 증기 드럼은 수평축상에 배열되는, 열회수 증기 발생기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 증기 드럼은 상기 제2 증기 드럼과 유체 소통하는, 열회수 증기 발생기.
  12. 열회수 증기 발생기에서 증기를 발생하는 방법으로서,
    복수의 발생관을 통과하는 물을 가스 유동에 의하여 가열하여 증기 및 물을 발생하는 단계;
    상기 복수의 발생관을 통과하는 상기 증기 및 물을 함께 수집하는 단계;
    수집된 물 및 증기를 제1 라이저를 경유하여 제1 증기 드럼으로 공급하는 단계;
    상기 수집된 물 및 증기를 상기 제1 증기 드럼으로부터 직접적으로 제2 증기 드럼으로 접속라인을 경유하여 공급하는 단계;
    증기 유동을 발생하기 위해 상기 제2 드럼에서 상기 수집된 물 및 증기로부터 증기를 분리하는 단계; 및
    분리된 증기를 상기 제2 증기 드럼의 증기 출구로부터 배출하는 단계;를 포함하는, 증기 발생 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 증기 드럼의 내경은 상기 제2 증기 드럼의 내경과 동일하고, 상기 제1 증기 드럼의 벽 두께는 상기 제2 증기 드럼의 벽 두께와 동일한, 증기 발생 방법.
  14. 열회수 증기 발생기에서 증기를 발생하는 방법으로서,
    복수의 발생관을 통과하는 물을 가스 유동에 의하여 가열하여 증기 및 물을 발생하는 단계;
    상기 복수의 발생관을 통과하는 상기 증기 및 물을 함께 수집하는 단계;
    수집된 물 및 증기의 제1 부분을 제1 라이저를 경유하여 제1 증기 드럼으로 공급하는 단계;
    수집된 물 및 증기의 제2 부분을 제2 라이저를 경유하여 제2 증기 드럼으로 공급하는 단계;
    상기 제1 증기 드럼 내에서 상기 수집된 물 및 증기의 상기 제1 부분으로부터 증기를 분리하는 단계;
    상기 제1 부분으로부터 분리된 증기를 상기 제1 증기 드럼의 증기 출구로부터 배출시키는 단계;
    상기 제2 증기 드럼 내에서 상기 수집된 물 및 증기의 상기 제2 부분으로부터 증기를 분리하는 단계; 및
    상기 제2 부분으로부터 분리된 증기를 상기 제2 증기 드럼의 증기 출구로부터 배출시키는 단계;를 포함하는, 증기 발생 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 증기 드럼과 상기 제2 증기 드럼을 접속라인으로 접속하는 단계를 더 포함하고, 상기 접속라인은 상기 제1 증기 드럼 및 상기 제2 증기 드럼 각각에서 수량의 균형을 맞추는, 증기 발생 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 증기 드럼은 내경 및 벽 두께를 포함하고, 상기 제2 증기 드럼은 내경 및 벽 두께를 포함하고, 상기 제1 증기 드럼의 내경은 상기 제2 증기 드럼의 내경과 동일하고, 상기 제1 증기 드럼의 벽 두께는 상기 제2 증기 드럼의 벽 두께와 동일한, 증기 발생 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    실질적으로 상기 제1 증기 드럼에 공급된 모든 물 및 증기가 상기 제2 증기 드럼으로 전해지는, 증기 발생 방법.
  18. 제12항에 있어서,
    실질적으로 상기 제1 증기 드럼에 공급된 모든 가스가 상기 제2 증기 드럼으로 배출되는, 증기 발생 방법.
  19. 제1항에 있어서,
    실질적으로 상기 제1 증기 드럼에 공급된 모든 물 및 증기가 상기 제2 증기 드럼으로 전해지는, 열회수 증기 발생기.
  20. 제1항에 있어서,
    실질적으로 상기 제1 증기 드럼에 공급된 모든 가스가 상기 제2 증기 드럼으로 배출되는, 열회수 증기 발생기.
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