KR20160119198A - 증기 터빈 냉각 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 증기 터빈(6)을 구비한 증기 터빈 설비(1)에 관한 것이며, 흡입 장치(11)를 통해 냉기가 증기 터빈(6)을 통과하여 유입되는 방식으로, 강제 냉각을 이용하여 증기 터빈을 냉각시키는 가능성을 가지며, 접근 가능성으로서, 생증기 밸브의 배수 라인(32)이 사용된다.

Description

증기 터빈 냉각 방법{METHOD FOR COOLING DOWN A STEAM TURBINE}
본 발명은, 증기 유입 영역과, 폐증기 영역과, 터빈 하우징에 의해 둘러싸이며 축방향으로 그들 사이에 배열된 블레이드 영역을 포함하는 증기 터빈, 및 터빈 하우징으로부터 냉각 유체를 흡입하기 위한 흡입 장치를 구비한 증기 터빈 설비에 관한 것이며, 폐쇄 부재에 의해 폐쇄 가능하고 개방 가능한 하나 이상의 냉각 유체 입구가 제공되며, 냉각 유체 입구는 -정상 출력 작동 시에 터빈 하우징을 관류하는 작동 증기의 유동 방향에 대해- 폐증기 영역의 상류에 배열되며, 부하 차단 후에, 작동 온도 아래의 온도로의 냉각을 위한 냉각 유체가 상기 냉각 유체 입구를 통해 터빈 하우징 내로 유입될 수 있으며, 증기 터빈 설비는 밸브를 더 포함하며, 이 밸브를 통해 냉각 유체가 유동하며, 밸브는 밸브의 배수를 위한 배수 장치를 포함하며, 배수 장치는 배수 라인을 포함한다.
증기 터빈에서, 특히, 상류에 연결된 중간 과열기를 구비한 고압 터빈 또는 중압 터빈에서, 출력 작동 중에 500℃보다 높은 온도가 발생한다. 수 주일 또는 수 개월 지속될 수 있는 출력 작동 중에, 터빈 하우징 및 터빈 로터, 그리고 생증기 밸브, 신속 차단 밸브, 터빈 블레이드 등과 같은 다른 터빈 구성 부품들이 고온으로 가열된다. 전체 증기 터빈 설비의 차단 후에, 터빈의 터빈 로터는 회전 장치에 의해 감소된 회전 속도로, 사전 설정된 지속 시간을 넘어 계속 회전되며 증기 분위기가 소기(evacuation) 장치에 의해 소기될 수 있다. 증기 터빈 차단 후에 가급적 조기에, 보수- 및 점검 작업, 그리고 경우에 따라, 리트로핏(retrofit) 작업을 실행할 수 있기 위해, 경우에 따라, 터빈 로터와 예를 들어 터빈 하우징 사이에서 발생하는 팽창 차에 대한 사전 설정된 한계의 유지 하에, 증기 터빈을 가급적 빠르게 냉각시키는 것이 바람직할 수 있다.
이를 위해, 이른바 강제 냉각(forced cooling)이 가동되는 것이 입증되었다. 이 경우에, 흡입 장치 및 공기 유입부를 통해 냉각 유체가 증기 터빈을 관류함으로써 강제 냉각이 달성된다. 이때, 이하의 조치가 실행된다: 강제 냉각의 경우에, 폐증기 영역이 흡입 장치와 유동 기술적으로 결합되며, 생증기 밸브에서 플러그 또는 작은 하우징 개구를 통해 냉각 유체 공급이 가능하다. 플러그의 제거 또는 작은 하우징 개구의 설치는 비교적 번거롭고 많은 시간을 필요로 한다. 또한, 생증기 밸브가 구조로 인해 상응하는 작은 개구를 가져야한다. 또한, 플러그 또는 작은 하우징 개구의 분해를 위한 특수 공구가 요구된다.
본 발명의 과제는, 강제 냉각 시에 냉각 유체의 공급을 어떻게 더 간단하게 수행할 수 있는지에 대한 해결책 및 가능성을 제공하는 것이다.
상기 과제는, 증기 유입 영역과, 폐증기 영역과, 터빈 하우징에 의해 둘러싸이며 축방향으로 그들 사이에 배열된 블레이드 영역을 포함하는 증기 터빈을 구비하며, 그리고 터빈 하우징으로부터 냉각 유체를 흡입하기 위한 흡입 장치를 더 구비한 증기 터빈 설비에 의해 해결되며, 이때, 폐쇄 부재에 의해 폐쇄 가능하고 개방 가능한 하나 이상의 냉각 유체 입구가 제공되며, 냉각 유체 입구는 -정상 출력 작동 시에 터빈 하우징을 관류하는 작동 증기의 유동 방향에 대해- 폐증기 영역의 상류에 배열되며, 부하 차단 후에, 작동 온도 아래의 온도로의 냉각을 위한 냉각 유체가 상기 냉각 유체 입구를 통해 터빈 하우징 내로 유입될 수 있으며, 증기 터빈 설비는 밸브를 더 포함하며, 이 밸브를 통해 냉각 유체가 유동하며, 밸브는 밸브의 배수를 위한 배수 장치를 포함하며, 배수 장치는 배수 라인을 포함하며, 배수 장치는, 유동 기술적으로 냉각 유체 입구와 연결된 분기부를 포함한다.
또한, 상기 과제는, 부하 차단 후에, 냉각 유체 입구가 유동 기술적으로 터빈 하우징과 연결되며, 냉각 유체 입구를 관류하는 냉각 유체, 특히 공기가 열 흡수 하에, 흡입 장치를 이용하여 터빈 하우징을 통해 정상 부하 작동 중에 증기 터빈을 관류하는 작동 증기의 방향으로 안내되며, 이때 냉각 유체가 밸브를 관류하는, 터빈 하우징을 구비한 증기 터빈의 냉각 방법에서, 밸브는 냉각 유체가 관류하는 배수 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법에 의해 해결된다.
따라서, 본 발명은, 공기의 공급이 플러그 또는 작은 하우징 개구를 통해서가 아니라, 배수 라인에서의 차단 가능한 추가 연결부를 통해 구현되는 해결책을 제안한다. 배수 라인은 통상 측지학적으로 밸브의 저점에 배열되며, 대부분의 밸브는 이러한 배수 라인을 포함한다. 본 발명에 따르면, 별도의 분기부를 밸브의 배수부에 배열하여, 이러한 분기부를 통해 냉기 공급을 가능케 하는 것이 제안된다.
따라서, 밸브에서, 플러그의 번거로운 제거 또는 작은 하우징 개구의 설치는 완전히 생략된다. 또한, 플러그의 분해를 위한 특수 공구도 요구되지 않는다.
바람직한 개선예는 종속 청구항에 명시된다.
바람직한 제1 개선예에서, 냉각 유체 라인이 분기부를 통해 연결되며, 냉각 유체는 냉각 유체 라인을 통해 유동하며, 터빈을 통과하여 흡입 장치에 의해 흡입되어 효과적인 냉각을 유도한다.
바람직하게는, 냉각 유체 라인 내에 폐쇄 부재가 배열되며, 바람직하게는, 제2 폐쇄 부재가 냉각 유체 라인 내에 배열된다.
냉각 유체 라인의 제1 폐쇄 부재와 제2 폐쇄 부재 사이에 제2 분기부가 배열되며, 제2 분기부는 유동 기술적으로, 제2 배수 라인과 연결되며, 상기 제2 배수 라인 내에는 냉각 유체의 배수를 위한 제2 배수 유닛 또는 증기 트랩(steam trap)이 배열된다.
바람직하게는, 제2 배수 라인은 유동 기술적으로 응축기와 연결된다. 이로써, 증기 트랩 내에 발생한 물이 효과적으로 방출된다.
본 발명의 상술된 특성, 특징 및 장점, 그리고 어떻게 이들이 달성되는지에 대한 방식은, 도면을 참조로 상세히 설명되는 실시예의 이하 설명을 참조로 명료하고 확실하게 이해된다.
이하, 본 발명의 실시예가 도면을 참조로 설명된다. 도면은 실시예를 표준적으로 도시하는 것이 아니라, 오히려 설명을 위해 유용한 도면은 개략화되고 그리고/또는 약간 왜곡된 형태로 구현된다. 도면에서 직접 인지 가능한 교시의 보완과 관련하여, 해당 종래 기술이 참조된다.
도 1은 강제 냉각의 개략도를 도시한다.
도 2는 증기 터빈 설비를 도시한다.
도 3은 밸브의 단면도를 도시한다.
도 1은 증기 터빈 설비(1)의 일 부분의 개략도를 도시한다. 생증기가 상세히 도시되지 않은 증기 발생기를 통해 제1 증기 라인(2) 내로, 신속 차단 밸브(3) 및 제어 밸브(4)를 통해 유동한다. 제어 밸브(4) 후방에서, 증기는 제2 증기 라인(5)을 통해 증기 터빈(6) 내로 유동한다. 여기서, 증기는 상세히 도시되지 않은 증기 유입 영역 내로 유동하며, 폐증기 영역으로부터 제3 증기 라인(7)을 통해 증기 터빈(6)으로부터 유출 유동한다. 제3 증기 라인(7)은 유동 기술적으로 응축기(8)와 연결되며, 제3 증기 라인(7) 내에 추가의 밸브(9)가 배열된다. 응축기(8)는 라인(10)을 통해 유동 기술적으로 흡입 장치(11)와 연결된다. 또한, 냉각 유체 라인(12)이 신속 차단 밸브(3) 또는 제어 밸브(4)에 배열된다. 폐쇄 부재(13)가 냉각 유체 라인(12) 내에 배열된다.
강제 냉각 중에, 폐쇄 부재(13)가 개방되며, 냉각 유체 라인(12)을 통해 예를 들어 냉기와 같은 냉각 매체가 신속 차단 밸브(3) 또는 제어 밸브(4)를 통해 제2 증기 라인(5)에 도달하며, 그곳으로부터 증기 터빈(6)의 블레이드 영역 내로 도달한다. 이러한 강제 유동은, 밸브(9)가 개방되며 흡입 장치(11)를 통해 강제 유동이 달성됨으로써 수행된다.
도 2는 확장된 증기 터빈 설비(14)를 도시한다. 생증기가 증기 발생기(15) 내에서 생성되어, 제1 생증기 라인(45)을 통해 고압-부분 터빈(16)에 공급된다. 제1 생증기 라인(45) 내에 제1 밸브(17) 및 제2 밸브(18)가 차례로 배열된다. 이 경우에, 증기 발생기(15) 내에서 생성된 생증기는 제1 생증기 라인(45) 및 제1 밸브(17) 및 제2 밸브(18)를 통해 고압-부분 터빈(16) 내로 유동하며, 그곳으로부터 폐증기 영역 및 제1 폐증기 라인(19)을 통해 증기 발생기(15)의 중간 과열기 내로 유동한다.
증기 발생기(15) 내에서, 고압-부분 터빈(16)으로부터 유출 유동하는 증기가 중간 과열기(15b) 내에서 중간 과열되는데, 즉, 더 높은 온도로 유도되며, 고온 과열기 라인(20)과, 제1 중압 밸브(21)와, 제2 중압 밸브(22)를 통해 중압-부분 터빈(23)으로 안내된다. 제1 중압 밸브(21)는 신속 차단 밸브로서 구성된다. 제2 중압 밸브(22)는 조절 밸브로서 구성된다.
중압-부분 터빈(23)으로부터 유출 유동하는 증기는 과유동 라인(24)을 통해 저압-부분 터빈(26) 내로 유동한다. 저압-부분 터빈(26)은 추가 라인(27) 및 추가 밸브(28)를 통해 추가 증기를 공급받는다. 저압-부분 터빈(26)으로부터 유출 유동하는 증기는 응축기(29) 내로 도달하며 그곳에서 물로 응축된다.
제1 밸브(17)와 제2 밸브(18) 사이에 분기부(30)가 배열된다. 제1 밸브(17)는 신속 차단 밸브로서 구성된다. 제2 밸브(18)는 조절 밸브로서 구성된다. 배수 라인(32)으로 합류하는 분기 라인(31)이 상기 분기부(30)에 배열된다. 또한, 분기 라인(31)은 플랜지(33)를 포함한다. 플랜지(33)에는 냉각 유체 라인(34)이 결합된다. 제1 폐쇄 부재(35) 및 제2 폐쇄 부재(36)를 포함하는 폐쇄 부재가 냉각 유체 라인(34) 내에 배열된다. 제1 폐쇄 부재(35)와 제2 폐쇄 부재(36) 사이에는 제2 분기부(37)가 배열되며, 제2 분기부(37)는 추가의 분기 라인(38)과 연결된다. 추가의 분기 라인(38) 내에 존재하는 증기의 배수를 위한 증기 트랩(39)이 상기 추가의 분기 라인(38) 내에 배열된다.
고온 과열기 라인(20)은 분기부(30)와 관련하여 거의 동일하게 형성된다. 따라서, 별도의 설명이 생략되며, 고온 과열기 라인(20) 내에 위치하는, 강제 냉각을 위한 구성 부품에 대한 도면 부호를 채택한다.
정상 작동 시에, 증기는 제1 생증기 라인(45)를 통해 고압-부분 터빈(16) 내로 유동하며, 분기부(30) 및 배수 라인(32)을 통해 배수가 실행된다. 이 경우에, 제1 폐쇄 부재(35) 및 제2 폐쇄 부재(36)는 폐쇄된다.
강제 냉각의 경우에, 제1 폐쇄 부재(35)에는 냉각 매체 공급이 가능하며, 이때 제1 폐쇄 부재(35) 및 제2 폐쇄 부재(36)는 개방된다. 냉각 매체는 냉기일 수 있다. 이 경우에, 중간에 놓인 저점 배수부를 갖는 이중 차단이 관련된다. 이중 차단은 완전 자동화되어 터빈 제어 기술에 통합될 수 있거나 또는 수동 조작될 수 있다. 수동 조작의 경우에, 이중 차단부는 리밋 스위치(limit switch)를 구비할 수 있다. 이렇게, 증기 터빈(6)의 기동이 관 부속품(fittings)의 폐쇄 시에만 수행되는 것이 보장될 수 있다. 개관성의 이유로, 흡입 장치(11)가 도 2에 도시되지 않는다. 흡입 장치(11)는 제1 폐쇄 부재에 결합될 수도 있다.
거의 동일한 방식으로, 중압-부분 터빈(23)이 냉각 매체를 공급받는다. 냉각 매체는 냉기일 수 있다.
도 3은 예를 들어, 제2 밸브(18) 또는 제1 밸브(17)로서 구성될 수 있는 밸브(40)의 단면도를 도시한다. 밸브(40)는 밸브 하우징(41) 및 상세히 도시되지 않은 밸브 원추부(valve cone)를 포함한다.
밸브 입구(42)를 통해, 증기가 밸브(40)를 통과하여 유동하고, 밸브 출구(43)를 통해 고압-부분 터빈(16) 또는 저압-부분 터빈(23)에 도달한다. 측지학적으로 바람직한 위치에 배수부(44)가 배열된다. 배수부(44)는 배수 라인(46)과 연결된다. 냉각 유체 라인(34)이 연결되는 플랜지(33)가 배수 라인(46) 내에 배열된다.
본 발명이 바람직한 실시예에서 상세히 도시되고 설명되었지만, 본 발명은 공개된 실시예로 한정되지 않으며, 다른 변형예들이 발명의 보호 범위를 벗어나지 않으면서 통상의 기술자에 의해 도출될 수 있다.

Claims (11)

  1. 증기 유입 영역과, 폐증기 영역과, 터빈 하우징에 의해 둘러싸이며 축방향으로 그들 사이에 배열된 블레이드 영역을 포함하는 증기 터빈(6), 및 터빈 하우징으로부터의 냉각 유체를 흡입하기 위한 흡입 장치(11)를 더 구비한 증기 터빈 설비(1)이며,
    폐쇄 부재(35, 36)에 의해 폐쇄 가능하고 개방 가능한 하나 이상의 냉각 유체 입구가 제공되며, 냉각 유체 입구는 -정상 출력 작동 시에 터빈 하우징을 관류하는 작동 증기의 유동 방향에 대해- 폐증기 영역의 상류에 배열되며, 부하 차단 후에, 작동 온도 아래의 온도로의 냉각을 위한 냉각 유체가 상기 냉각 유체 입구를 통해 터빈 하우징 내로 유입될 수 있으며,
    증기 터빈 설비(1)는 밸브(3, 4, 9, 17, 18, 21, 22, 40)를 더 포함하며, 이 밸브를 통해 냉각 유체가 유동하며,
    밸브(3, 4, 9, 17, 18, 21, 22, 40)는 밸브(3, 4, 9, 17, 18, 21, 22, 40)의 배수를 위한 배수 장치를 포함하며,
    배수 장치는 배수 라인(32, 46)을 포함하는 증기 터빈 설비에 있어서,
    배수 장치는, 유동 기술적으로 냉각 유체 입구와 연결된 분기부(30, 37)를 포함하는 것을 특징으로 하는 증기 터빈 설비(1).
  2. 제1항에 있어서, 분기부(30, 37)는 냉각 유체가 관류하는 냉각 유체 라인(34)을 포함하는 증기 터빈 설비(1).
  3. 제2항에 있어서, 냉각 유체 라인(34) 내에 폐쇄 부재(35, 36)가 배열되는 증기 터빈 설비(1).
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 제2 폐쇄 부재(36)가 냉각 유체 라인(34) 내에 배열되는 증기 터빈 설비(1).
  5. 제4항에 있어서, 폐쇄 부재(35)와 제2 폐쇄 부재(36) 사이에서 냉각 유체 라인(34)은 제2 분기부(37)를 포함하는 증기 터빈 설비(1).
  6. 제5항에 있어서, 제2 분기부(37)는 유동 기술적으로 제2 배수 라인(46)과 연결되며, 제2 배수 라인(46) 내에는 냉각 유체 라인(34)의 배수를 위한 제2 배수 장치 또는 증기 트랩(39)이 배열되는 증기 터빈 설비(1).
  7. 제6항에 있어서, 제2 배수 라인(44)은 유동 기술적으로 응축기(29)와 연결되는 증기 터빈 설비(1).
  8. 터빈 하우징을 갖는 증기 터빈(6)의 냉각 방법이며,
    부하 차단 후에, 냉각 유체 입구가 유동 기술적으로 터빈 하우징과 연결되며, 냉각 유체 입구를 관류하는 냉각 유체, 특히 공기가 열 흡수 하에, 흡입 장치(11)를 이용하여 터빈 하우징을 통해 정상 부하 작동 중에 증기 터빈(6)을 관류하는 작동 증기의 방향으로 안내되며,
    냉각 유체는 밸브(3, 4, 9, 17, 18, 21, 22, 40)를 관류하는, 증기 터빈 냉각 방법에 있어서,
    밸브(3, 4, 9, 17, 18, 21, 22, 40)는 냉각 유체가 관류하는 배수 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 증기 터빈 냉각 방법.
  9. 제8항에 있어서, 냉각 유체는 배수 라인(32) 내에서 폐쇄 부재(35, 36)를 통해 유동하는, 증기 터빈 냉각 방법.
  10. 제9항에 있어서, 배수 라인(32) 내에는 제2 폐쇄 부재(36)가 배열되며, 배수 라인(32, 44)은 폐쇄 부재(35)와 제2 폐쇄 부재(36) 사이에 제2 분기부(37)를 포함하며,
    유동 기술적으로 제2 분기부(37)와 연결된 제2 배수 라인(44) 내에 제2 배수 장치 또는 증기 트랩(39)이 배열되는, 증기 터빈 냉각 방법.
  11. 제10항에 있어서, 폐쇄 부재 및 제2 폐쇄 부재(36)는 리밋 스위치를 구비하여 구성되며, 증기 터빈(6)의 기동이 단지 폐쇄 부재(35)의 폐쇄에 의해서 그리고 제2 폐쇄 부재(36)의 폐쇄에 의해서만 가능한, 증기 터빈 냉각 방법.
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