KR20160030319A

KR20160030319A - Turbine condenser for a steam turbine

Info

Publication number: KR20160030319A
Application number: KR1020167004645A
Authority: KR
Inventors: 프랑크 다이스터; 잉고 푈스터; 잉고 ?스터; 지몬 헥커; 크리스티안 무쉬; 하인리히 슈튀에르
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2014-07-17
Publication date: 2016-03-16
Also published as: EP2829693A1; RU2016106663A; JP2016525668A; EP2994621A2; CN105408590A; WO2015011006A3; US20160169053A1; WO2015011006A2

Abstract

본 발명은, 증기 터빈으로부터 나오는 폐증기를 액화하기 위한 복수기 튜브를 갖춘 영역, 복수기 벽에 의해서 형성되었고 폐증기를 수용하기 위한 챔버, 및 터빈 복수기의 상기 챔버 내부로 우회 증기(D)를 유도하기 위한 우회 증기 유도 장치(1)를 구비하는, 증기 터빈용 터빈 복수기에 관한 것이며, 이 경우 우회 증기 유도 장치(1)는 터빈 복수기(2) 내부로 연장되는 환상형 노즐(4)을 포함하고, 이 노즐의 배출구 단부는 균일하지 않은 가장자리(R)를 갖는다.The present invention relates to an apparatus for the recovery of waste steam from a steam turbine comprising an area with a condenser tube for liquefying the waste steam from the steam turbine, a chamber formed by the condenser wall for receiving the pulmonary vapor, Wherein the bypass steam induction device (1) comprises an annular nozzle (4) extending into the turbine condenser (2), the bypass steam induction device (1) The outlet end of the nozzle has an uneven edge (R).

Description

{TURBINE CONDENSER FOR A STEAM TURBINE}

본 발명은, 청구항 1의 전제부에 따른 터빈 복수기에 관한 것이다.The present invention relates to a turbine condenser according to the preamble of claim 1.

터빈 복수기는 증기 터빈의 폐증기를 액화하기 위해서 이용된다. 조합형 가스- 및 증기 터빈을 갖춘 설비에서 에너지 수요의 피크 부하를 커버할 수 있기 위하여, 이와 같은 설비는 오늘날 대부분의 시간 동안 가스 터빈 최소 부하에서만 작동된다. 필요한 경우에는, 가스 터빈이 매우 신속하게 가속될 수 있다.The turbine condenser is used to liquefy the waste steam of the steam turbine. In order to be able to cover the peak load of energy demand in installations equipped with combined gas- and steam turbines, these facilities operate only at the gas turbine minimum load for most of the time today. If necessary, the gas turbine can be accelerated very quickly.

그러나 최소 부하에서 발생하는 가스 터빈의 폐열은 계속 방출되어야만 하며, 이와 같은 방출 과정은 가스 터빈 뒤에 배치된 폐열 증기 발생기를 통해서 이루어진다. 그러나 폐열 증기 발생기 내에서 발생하는 증기는 뒤에 배치된 증기 터빈 및 발전기를 통해서 전기로 변환될 수 없기 때문에, 이와 같이 초과 생성된 증기는 증기 터빈을 우회해서 우회 증기 유도 라인을 통해 곧바로 터빈 복수기 내부로 안내된다.However, the waste heat of the gas turbine that occurs at the minimum load must be continuously released, and such a discharge process is performed through a waste heat generator disposed behind the gas turbine. However, because the vapors generated in the waste heat generator can not be converted to electricity through the steam turbine and the generator disposed later, the over-produced steam bypasses the steam turbine and bypasses the steam turbine directly to the inside of the turbine condenser Guidance.

이때, 이와 같은 우회 증기 유도 라인에는 통상적으로, 우회 증기량을 폐회로 제어하기 위한 우회 밸브, 우회 증기를 팽창시키기 위한 스로틀 장치로서의 천공 케이지(perforated cage), 및 우회 증기를 냉각시키기 위한 물 분사 장치가 설치되어 있다. 그러나 이와 같은 우회 증기 유도 라인 내에서 조절될 열 경사도(heat gradient)는 아주 일반적으로는 매우 크다. 따라서, 우회 밸브 앞에서의 증기 압력은 통상 45 bar까지 달하는 한편, 터빈 복수기 내에서의 역압(counterpressure)은 대략 0.1 bar로 주어질 수 있다. 이때 높은 압력 레벨을 갖는 상기 우회 증기 흐름이 우회 증기 장치로부터 나와서 훨씬 더 낮은 증기 압력 레벨을 갖는 터빈 복수기 내부로 유입되면, 유입되는 우회 증기의 가장자리 영역에서는 높은 속력 기울기가 나타난다. 급격한 팽창은 추후에, 압력 경사도에 따라 국부적으로 극초음속의(hypersonic) 흐름 구역이 생성되는 결과를 낳는다. 또한, 예를 들어 인접한 터빈 블레이드, 복수기 튜브 또는 복수기 벽과 같은 방사를 받는 부품이 또한 진동 여기 될 위험도 있다. 두 가지 상황 모두, 설비의 작동 중에 음파 방출이 증가하고 그로 인해 경우에 따라서는 규정된 최대값이 초과되는 결과를 야기한다.At this time, the bypass steam induction line is usually provided with a bypass valve for controlling the closed bypass amount, a perforated cage as a throttle device for expanding the bypass steam, and a water injection device for cooling the bypass steam . However, the heat gradient to be controlled in such a bypass steam induction line is very generally very large. Thus, the steam pressure in front of the bypass valve typically reaches up to 45 bar, while the counterpressure in the turbine condenser can be given as approximately 0.1 bar. At this time, if the bypass steam stream having a high pressure level exits the bypass steam system and flows into the turbine condenser with a much lower steam pressure level, a high velocity slope appears at the edge region of the bypass steam entering. Rapid expansion results in the generation of a hypersonic flow zone locally, depending on the pressure gradient. There is also a risk that components that receive radiation, such as, for example, adjacent turbine blades, condenser tubes, or condenser walls, may also be excited. In both situations, the emission of sound waves during operation of the installation increases and, in some cases, results in exceeding the specified maximum value.

본 발명의 과제는, 음파 방출을 줄일 수 있는 터빈 복수기를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a turbine condenser capable of reducing the emission of sound waves.

상기 과제는, 청구항 1의 특징들을 갖는 터빈 발전기에 의해서 해결된다.The above problem is solved by a turbine generator having the features of claim 1.

우회 증기 유도 장치로부터 나오는 증기가 터빈 복수기 내부로 유입되는 유입 영역에서 배출구 단부에 균일하지 않은 가장자리를 갖는 환상형 노즐이 제공되어 있음으로써, 유입되는 우회 증기 흐름의 횡단면에 걸쳐 개선된 혼합이 유도되고, 이로써 터빈 복수기 내부로 유입되는 우회 증기의 가장자리 영역 내에서는 덜 높은 속력 기울기가 유도된다. 따라서, 통상적으로는 유입되는 우회 증기의 가장자리 영역에서 우세하면서, 터빈 복수기 내부로 유입될 때 이와 연관된 높은 압력 경사도로 인해 강한 난류를 야기할 수 있는 높은 속력 기울기는 균일하지 않게 형성된 가장자리에 의해서 줄어든다. 우회 증기 유도 장치의 배출 단부에 있는 가장자리에 걸쳐 균일하게 또는 불균일하게도 형성된 융기부 및/또는 노치(notch)는, 배출구에서 이미 우회 증기가 국부적으로 변경되어 자신의 횡단면에 걸쳐 더 우수하게 혼합되는 상황을 유도한다. 이와 같은 상황은 결과적으로 속력 기울기를 감소시키고, 이로써 난류가 덜 강하게 형성되도록 유도한다. 이들이 실질적으로 음파 방출에 기여하기 때문에, 개선된 혼합과 이로 인해 야기되는 유입되는 우회 증기의 가장자리 영역에서의 속력 기울기 감소에 의해서 음파 방출은 효과적으로 줄어들 수 있다.By providing an annular nozzle having an uneven edge at the outlet end in the inlet region where steam from the bypass steam induction device enters the turbine condenser, improved mixing is induced across the transverse section of the incoming bypass steam stream , Thereby inducing a less high velocity gradient in the edge region of the bypass steam entering the turbine condenser. Thus, the high velocity slope, which typically predominates in the edge region of the incoming bypass steam, and which, when introduced into the turbine condenser, causes a strong turbulence due to the associated high pressure gradient, is reduced by non-uniformly formed edges. The ridges and / or notches formed uniformly or non-uniformly over the edges at the discharge end of the bypass steam induction device can be used in situations where the bypass steam is locally modified at the discharge port to better mix over its cross- . This situation results in a reduction in the velocity gradient, thereby inducing turbulence to form less strongly. Because they contribute substantially to sonic emissions, sonic emissions can be effectively reduced by improved mixing and by the reduction of the velocity gradient in the marginal region of the incoming bypass steam caused thereby.

바람직하게, 노즐의 가장자리 영역은 톱니꼴이거나 톱니가 있는 배출구 가장자리를 갖는 셰브론 노즐(chevron nozzle)의 형태로 형성되어 있다. 그럼으로써, 유입되는 우회 증기의 전체 횡단면에 걸쳐 특히 효과적인 혼합이 나타나게 되고, 결과적으로 나타나는 균일한 속력 기울기의 감소는 음파 방출을 특히 효과적으로 줄여준다.Preferably, the edge region of the nozzle is formed in the form of a chevron nozzle having a toothed or jagged outlet edge. Thereby, particularly effective mixing occurs across the entire cross-section of the incoming bypass steam, and the resulting reduction in the uniform velocity gradient results in a particularly effective reduction of sound emission.

본 발명의 또 다른 바람직한 개선예들은 종속 청구항들로부터 끌어낼 수 있다.Further advantageous refinements of the invention can be drawn from the dependent claims.

본 발명은 이제 도면을 참조해서 예시적으로 설명될 것이다.
도 1은 터빈 복수기의 영역을 개략적으로 보여준다.The present invention will now be described by way of example with reference to the drawings.
Figure 1 schematically shows the area of a turbine condenser.

도 1은, 우회 증기 유도 장치(1)로부터 나오는 우회 증기(D)가 터빈 복수기(2) 내부로 유입되는 터빈 복수기의 영역을 개략적으로 보여준다. 스로틀 장치로서의 소위 스파저 튜브(3)(sparger tube) (또는 아주 일반적으로는 천공 케이지) 를 통해 우회 증기(D)가 터빈 복수기 내부로 유도된다. 그 다음에 천공 케이지(3)의 배출구에서는, 우회 증기(D)가 높은 속도로 천공부(도면에서는 일점 쇄선으로 지시되어 있음)를 통과해서 터빈 복수기(2) 내부로 흘러들어간다. 그럼으로써, 유입되는 우회 증기(D)의 가장자리 영역에서 특히 높은 속력 기울기가 나타나게 된다.Fig. 1 schematically shows a region of a turbine condenser in which bypass steam (D) coming from a bypass steam induction device (1) flows into a turbine condenser (2). Bypass steam (D) is directed into the turbine condenser through a so-called sparger tube (or a generally perforated cage) as a throttle device. Next, at the outlet of the perforation cage 3, the bypass steam D flows through the turbine condenser 2 through the perforation (indicated by a dashed line in the figure) at a high speed. Thereby, a particularly high velocity gradient appears in the edge region of the incoming bypass steam (D).

본 발명에 따라, 이제 유입구 영역에는, 본 도면에 도시된 실시예에서는 흐름 방향 아래쪽으로 우회 증기 유도 장치(1)의 천공 케이지(3) 뒤에 환상형 노즐(4)이 제공되어 있으며, 터빈 복수기(2) 내부를 향하고 있는 이 환상형 노즐의 가장자리는 톱니꼴로 (왕관과 유사하게) 형성되어 있다. 이와 같은 균일하지 않은 가장자리의 실시예들은 예를 들어 항공기 엔진 건조 분야에서 셰브론-노즐이라는 명칭으로 공지되어 있다. 톱니(Z)를 이용하여 불균일하게 형성된 가장자리에 의해서, 특히 유도되는 우회 증기의 가장자리 영역에서 우세한 높은 속력 기울기는 유입되는 우회 증기의 주변에 걸쳐 국부적으로 끊어지고 이로써 국부적으로 변경된다. 이제 횡단면에 걸쳐 가장자리 영역에서 더 이상 균일하지 않은 속력 기울기는 더욱 불균질한 혼합을 유도하고, 이로써 음파 방출의 효과적인 감소를 유도한다. 따라서, 설비의 설치 위치에 따라 요구되는 음파 방출 한계는, 설비가 가스 터빈 최소 부하에서만 작동되는 작동 상태에서도 그대로 유지될 수 있다.According to the present invention, the inlet region is now provided with an annular nozzle 4 behind the perforation cage 3 of the bypass steam induction device 1 below the flow direction in the embodiment shown in the figure, 2). The edge of this annular nozzle facing inward is formed in a sawtooth shape (similar to a crown). Such non-uniform edge embodiments are known, for example, under the name Chevron-Nozzle in the field of aircraft engine drying. The high speed slope predominant in the edge region of the bypass steam, in particular induced by the non-uniformly formed edges with the teeth Z, is locally broken and thereby locally altered over the periphery of the incoming bypass steam. Now a non-uniform velocity gradient across the transverse plane in the edge region leads to a more heterogeneous mixing, thereby inducing an effective reduction of sonic emissions. Therefore, the sound emission limit required depending on the installation position of the equipment can be maintained even in the operating state in which the equipment is operated only at the gas turbine minimum load.

톱니 또는 톱니부의 선택된 형태 및 배열에 따라, 가장자리의 둘레에 걸쳐 균일하게 또는 불균일하게도 분포 배치되어 있는 융기부 및/또는 노치를 가질 수 있는 가장자리가 형성된다. 이때 톱니 또는 톱니부는 예를 들어 삼각형 또는 사다리꼴과 같은 각각의 형태를 가질 수 있고, 필요에 따라서는 노즐의 축(A) 방향으로 휘어질 수도 있다. 이때 항상 중요한 사실은, 강한 광대역 잡음 및 이로 인한 높은 음파 방출을 야기할 수 있는, 터빈 복수기(2) 내에서의 우회하는 증기와 우회 증기 젯(bypass-stream jet)의 가급적 균일한 난류 혼합이 가급적 효과적으로 저지된다는 것이다.Depending on the selected shape and arrangement of the teeth or serrations, edges are formed which may have ridges and / or notches uniformly or non-uniformly distributed around the edges. At this time, the teeth or the serrations may have respective shapes such as, for example, a triangle or a trapezoid, and may be bent in the direction of the axis A of the nozzle if necessary. It is always important to note that as much as possible uniform turbulent mixing of bypass steam and bypass-stream jets within the turbine condenser 2, which may result in strong broadband noise and hence high sound emission, It is effectively blocked.

본 발명이 상기 실시예에서는 복수기 튜브와, 이 복수기 튜브 위에 있고 인접한 증기 터빈으로부터 나오는 폐증기를 수용하기 위한 천이 챔버(transiton chamber)로서의 복수기 돔(condenser dome)을 구비하는 소위 "배출 감소(Down-Exhaust)형" 터빈 복수기와 관련해서만 기술되었다 하더라도, 본 발명은 기본적으로 모든 유형의 터빈 복수기에서 사용될 수 있다. 따라서, 증기를 유도하기 위한 노즐의 본 발명에 따른 실시예는, 축 터빈형 복수기, 측면에 배치되는 "단일 측면 배출(Single-Side-exhaust)형" 복수기 또는 양측에서 측면에 배치되는 "이중 측면 배출(Double-Side-Exhaust)형" 복수기에서도 복수기 연결부로서 사용될 수도 있다.The present invention in this embodiment is a so-called "Down-stream " system having a condenser tube and a condenser dome as a transit chamber on top of the condenser tube for receiving the pulmonary vapors from adjacent steam turbines. Exhaust " type "turbine condenser, the present invention can basically be used in all types of turbine condensers. An embodiment according to the present invention of a nozzle for guiding steam therefore includes a shaft turbine-type condenser, a "Single-Side-exhaust" condenser disposed on the side, or a "double-sided Quot; Double-Side-Exhaust "type condenser may also be used as a condenser connection.

Claims

(D) for introducing the bypass steam (D) into the chamber of the turbine condenser (2), a chamber for receiving the waste steam formed by the condenser wall A turbine condenser (2) for a steam turbine, comprising a bypass steam induction device (1)
A bypass steam induction device (1) comprising an annular nozzle (4) extending into a turbine condenser (2), the outlet end of the nozzle having an uneven edge (R) Turbine condenser (2).

The method according to claim 1,
(2) for a steam turbine, characterized in that the edge (R) is formed as a toothed or sawed outlet edge.

3. The method of claim 2,
Characterized in that said rim (R) has serrations (Z) or serrations that are uniformly distributed around the periphery thereof.

The method of claim 3,
Characterized in that the teeth (Z) or serrations of the rim (R) are at least partly inclined in the axial direction (A) of the nozzle.