KR20170073768A - 부유식 해상구조물의 폐열회수유닛 - Google Patents

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Abstract

부유식 해상구조물의 폐열회수유닛이 개시된다. 본 발명에 따른 부유식 해상구조물의 폐열회수유닛은, 이코노마이저에서 원수가 끓는 것을 방지하기 위하여, 이코노마이저에서 배출되는 가열된 원수의 압력 및 온도를 측정하여 설정 온도를 계산한다. 그리고, 이코노마이저에서 배출되는 가열된 원수의 온도가 끓는점 이하의 온도인 상기 설정 온도 이상이면, 중간헤더로 냉각수를 공급하여 가열된 원수에 혼합시킨다. 이때, 중간헤더로 공급되는 냉각수의 양은 밸브를 이용하여 제어하므로, 종래의 폐열회수유닛에서 댐퍼를 이용하여 이코노마이저로 공급되는 배기가스의 양을 제어하는 것에 비하여, 상대적으로 정밀하게 제어할 수 있다. 따라서, 이코노마이저에서 가열된 원수가 끓는 것을 정밀하게 방지할 수 있는 효과가 있을 수 있다. 그리고, 제1뱅크에서 배출된 가열된 원수는 중간헤더로 유입되어 냉각수와 혼합되고, 냉각수가 혼합된 가열된 원수가 제2뱅크로 유입되므로, 냉각수가 혼합된 가열된 원수를 제2뱅크로 균일하게 유입시킬 수 있다. 그러므로, 이코노마이저에서 가열된 원수가 끓는 것을 더욱 정밀하게 방지할 수 있는 효과가 있을 수 있다.

Description

부유식 해상구조물의 폐열회수유닛 {WASTE HEAT RECOVERY UNIT OF FLOATING TYPE MARINE STRUCTURE}
본 발명은 이코노마이저(Economizer)에서 기포가 생성되는 것을 방지한 부유식 해상구조물의 폐열회수유닛에 관한 것이다.
FPSO(Floating Production Storage and Offloading) 등과 같은 부유식 해상구조물은 선박 형태의 하부 구조물 상에 프로세스 설비, 유틸리티 설비, 터릿 설비 및 거주구 등이 설치된다. 그리고, 유틸리티 설비는 발전시스템 등을 포함한다.
부유식 해상구조물의 발전시스템은, 열효율을 향상시키기 위하여, 연료를 연소시켜서 연소가스로 가스터빈을 구동하여 전기를 생성하고, 가스터빈의 구동 후 배출되는 배기가스의 폐열을 폐열회수유닛에서 회수하여 원수(原水)를 가열한다.
일반적으로, 폐열회수유닛은 가스터빈에서 배출된 배기가스가 통과하는 관로와 상기 관로에 설치되어 가스터빈에서 배출된 배기가스와 열교환하는 이코노마이저(Economizer)를 포함하며, 상기 이코노마이저는 원수를 공급받아 가열한다.
상기 이코노마이저에서 가열되는 원수는, 열효율을 향상시키기 위하여, 포화액체 상태까지 가열되는 것이 바람직하다. 그런데, 상기 이코노마이저에서 원수를 가열하여 포화액체 상태로 만들 때, 원수가 끓으면 기포가 발생할 수 있다. 그러면, 기포로 인하여 상기 이코노마이저의 원수가 배기가스와 원활하게 열교환하지 못하고, 상기 이코노마이저의 가열된 원수가 상기 이코노마이저에서 용이하게 배출되지 못할 뿐만 아니라, 상기 이코노마이저의 내구성이 저하될 수 있다.
이러한 이유로, 상기 이코노마이저에서 원수가 끓는 것을 방지하기 위하여, 가스터빈에서 배출되어 상기 이코노마이저로 공급되는 배기가스의 양을 조절한다.
상세히 설명하면, 상기 이코노마이저가 설치된 상기 관로에 댐퍼를 설치하고, 상기 이코노마이저에서 원수가 끓는 것이 감지되면, 상기 댐퍼를 제어하여 가스터빈에서 배출되어 상기 이코노마이저로 유입되는 배기가스의 양을 감소시킨다.
그런데, 상기 댐퍼를 이용하여 상기 관로의 개폐도를 정밀하게 제어하기 어려우므로, 정밀하게 상기 이코노마이저에서 기포가 발생되지 않도록 제어하기 어려운 단점이 있다.
이코노마이저에서 기포가 생성되는 것을 방지한 선행기술은 한국공개특허공보 제10-1998-040926호(1998. 08. 17) 등에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 모든 문제점들을 해결할 수 있는 부유식 해상구조물의 폐열회수유닛을 제공하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 정밀하게 이코노마이저에서 기포가 발생되지 않도록 제어할 수 있는 부유식 해상구조물의 폐열회수유닛을 제공하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 부유식 해상구조물의 폐열회수유닛은, 가스터빈에서 배출된 배기가스가 유입되어 배출되는 관로; 상기 관로에 설치되며, 원수를 전달받아 상기 배기가스와 열교환하여 원수를 포화액체 상태로 가열한 후 배출하는 이코노마이저(Economizer)를 포함하며, 상기 이코노마이저에서 배출되는 가열된 원수의 온도가 설정 온도 이상이면, 상기 이코노마이저로 유입된 원수에는 냉각수가 혼합될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 부유식 해상구조물의 폐열회수유닛은, 이코노마이저에서 원수가 끓는 것을 방지하기 위하여, 이코노마이저에서 배출되는 가열된 원수의 압력 및 온도를 측정하여 설정 온도를 계산한다. 그리고, 이코노마이저에서 배출되는 가열된 원수의 온도가 끓는점 이하의 온도인 상기 설정 온도 이상이면, 중간헤더로 냉각수를 공급하여 가열된 원수에 혼합시킨다. 이때, 중간헤더로 공급되는 냉각수의 양은 밸브를 이용하여 제어하므로, 종래의 폐열회수유닛에서 댐퍼를 이용하여 이코노마이저로 공급되는 배기가스의 양을 제어하는 것에 비하여, 상대적으로 정밀하게 제어할 수 있다. 따라서, 이코노마이저에서 가열된 원수가 끓는 것을 정밀하게 방지할 수 있는 효과가 있을 수 있다.
그리고, 제1뱅크에서 배출된 가열된 원수는 중간헤더로 유입되어 냉각수와 혼합되고, 냉각수가 혼합된 가열된 원수가 제2뱅크로 유입되므로, 냉각수가 혼합된 가열된 원수를 제2뱅크로 균일하게 유입시킬 수 있다. 그러므로, 이코노마이저에서 가열된 원수가 끓는 것을 더욱 정밀하게 방지할 수 있는 효과가 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열회수유닛의 구성을 보인 도.
도 2는 도 1에 도시된 이코노마이저의 사시도.
본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목 각각 뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 및 제3항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
"및/또는"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1항목, 제2항목 및/또는 제3항목"의 의미는 제1항목, 제2항목 또는 제3항목뿐만 아니라 제1항목, 제2항목 또는 제3항목들 중 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결된다 또는 설치된다"고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 설치될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결된다 또는 설치된다"라고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "∼사이에"와 "바로 ∼사이에" 또는 "∼에 이웃하는"과 "∼에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 부유식 해상구조물의 폐열회수유닛에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
부유식 해상구조물에는 FPSO(Floating Production Storage and Offloading) 등이 있으며, 부유식 해상구조물은 하부 구조물 상에 발전시스템을 포함한 유틸리티 설비가 설치된다.
부유식 해상구조물의 발전시스템은 연소기에서 연료를 연소시킬 때 발생하는 연소가스로 가스터빈을 구동하여 전기를 생성하고, 가스터빈의 구동 후 배출되는 고온의 배기가스는 폐열회수유닛으로 유입되어 원수의 가열에 사용된다. 가스터빈의 구동후 배출되는 연소가스가 배기가스이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열회수유닛의 구성을 보인 도이고, 도 2는 도 1에 도시된 이코노마이저의 사시도로서, 이를 설명한다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 폐열회수유닛(100)은 관로(110)와 이코노마이저(Economizer)(140)를 포함할 수 있다.
가스터빈(미도시)에서 배출되는 배기가스(이하, "배기가스"라 함)는 관로(110)로 유입되어, 관로(110)를 통과한 후, 배출될 수 있다. 이코노마이저(140)는 관로(110)에 설치되어 배기가스와 열교환하여 원수(原水)를 가열할 수 있다.
도 1에 도시된 방향을 기준으로, 배기가스는 관로(110)의 좌측에서 유입되어 우측으로 배출되므로, 관로(110)로 유입되는 배기가스가 관로(110)에 배출되는 배기가스 보다 고온이다. 그러므로, 관로(110)에 설치된 이코노마이저(140)의 우측 부위를 통하여 원수가 유입된 후, 좌측 부위를 통하여 가열된 원수(이하, "온수"라 함)가 배출되면, 이코노마이저(140)에서 원수가 순차적으로 가열되는 형태가 되므로 바람직하다.
이코노마이저(140)는 원수를 공급받아 포화액체 상태로 가열한다. 이때, 온수가 끓으면, 기포가 발생할 수 있고, 기포는 이코노마이저(140)의 온수와 배기가스가 열교환하는 것을 방해한다. 그리고, 기포는 온수가 배출되는 것을 방해할 뿐만 아니라, 이코노마이저(140)를 손상시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 폐열회수 유닛(100)은 이코노마이저(140)의 온수의 온도가 끓는점 이하의 온도인 설정 온도 이상이면, 이코노마이저(140)로 유입된 원수에 냉각수를 혼합하여 온수가 끓는 것을 방지할 수 있다. 이때, 상기 설정 온도는 이코노마이저(140)에서 배출되는 온수의 압력 및 온도를 측정하여 계산할 수 있으며, 이를 후술한다.상세히 설명하면, 이코노마이저(140)는 배기가스가 배출되는 관로(110)의 부위에 설치된 제1뱅크(141), 배기가스가 유입되는 관로(110)의 부위에 설치된 제2뱅크(143) 및 제1뱅크(141)와 제2뱅크(143)를 연통시키는 중간헤더(145)를 포함할 수 있다.
제1뱅크(141)는 제1메인헤더(141a)와 제1튜브(141b)를 포함할 수 있다.
제1메인헤더(141a)는 상호 대향하면서 연통된 한쌍으로 마련되어 관로(110)의 외측에 설치될 수 있고, 제1튜브(141b)는 복수개로 마련되어 관로(110)의 내부에 위치될 수 있다. 이때, 각 제1튜브(141b)의 일단부 및 타단부는 어느 하나의 제1메인헤더(141aa) 및 다른 하나의 제1메인헤더(141ab)와 각각 연통될 수 있다. 그러면, 어느 하나의 제1메인헤더(141aa)와 다른 하나의 제1메인헤더(141ab)는 제1튜브(141b)에 의하여 연통될 수 있다.
제2뱅크(143)는 제1뱅크(141)와 연통되어 온수를 공급받을 수 있으며, 제2메인헤더(143a)와 제2튜브(143b)를 포함할 수 있다.
제2메인헤더(143a)는 상호 대향하면서 연통된 한쌍으로 마련되어 관로(110)의 외측에 설치될 수 있고, 제2튜브(143b)는 복수개로 마련되어 관로(110)의 내부에 위치될 수 있다. 이때, 각 제2튜브(143b)의 일단부 및 타단부는 어느 하나의 제2메인헤더(143aa) 및 다른 하나의 제2메인헤더(143ab)와 각각 연통될 수 있다. 그러면, 어느 하나의 제2메인헤더(143aa)와 다른 하나의 제2메인헤더(143ab)는 제2튜브(143b)에 의하여 연통될 수 있다.
어느 하나의 제1메인헤더(141aa)로는 원수가 유입될 수 있고, 다른 하나의 제1메인헤더(141ab)와 어느 하나의 제2메인헤더(143aa)는 중간헤더(145)를 매개로 연통될 수 있다. 그리고, 다른 하나의 제2메인헤더(143ab)에서 온수가 배출될 수 있다.
그리하여, 어느 하나의 제1메인헤더(141aa)로 가열하고자 하는 원수가 유입되면, 원수는 제1튜브(141b)로 유입되어 가열되고, 제1튜브(141b)의 온수는 다른 하나의 제1메인헤더(141ab) → 어느 하나의 제2메인헤더(143aa)를 통하여 제2튜브(143b)로 유입되어 가열될 수 있다. 그리고, 제2튜브(143b)의 온수는 다른 하나의 제2메인헤더(143ab)를 통하여 사용처로 배출될 수 있다.
전술한 바와 같이, 중간헤더(145)는 다른 하나의 제1메인헤더(141ab)와 어느 하나의 제2메인헤더(143aa)를 연통시킬 수 있다. 그리하여, 다른 하나의 제2메인헤더(143ab)에서 배출되는 온수의 온도가 상기 설정 온도 이상이면, 다른 하나의 제1메인헤더(141ab)에서 어느 하나의 제2메인헤더(143aa)로 공급되는 온수에 냉각수를 혼합시킬 수 있다. 이를 위하여, 중간헤더(145)에는 냉각수를 공급하기 위한 냉각수관(147)이 설치될 수 있고, 냉각수관(147)에는 냉각수관(147)의 개폐 정도(程度)를 조절하는 밸브(149)가 설치될 수 있다.
본 실시예에 따른 폐열회수유닛(100)은 이코노마이저(140)에서 배출되는 온수의 압력 및 온도를 감지하여 이코노마이저(100)에서 배출되는 온수의 온도가 상기 설정 온도 이상인지, 미만인지를 판단할 수 있다. 이를 위하여, 온수가 배출되는 다른 하나의 제2메인헤더(143ab)의 일측에는 배출되는 온수의 압력 및 온도를 각각 감지하는 제1센서(151) 및 제2센서(155)가 설치될 수 있다.
이코노마이저(140)에서 배출되는 온수의 온도가 상기 설정 온도 이상인지, 미만인지는 제1센서(151)에서 감지한 압력과 제2센서(155)에서 감지한 온도를 이용하여 계산할 수 있으며, 계산된 상기 설정 온도는 전술한 끓는점 이하이어야 함은 당연하다.
그리하여, 원수가 제1뱅크(141)의 어느 하나의 제1메인헤더(141aa)로 유입되어 가열된 후, 제2뱅크(143)의 다른 하나의 제2메인헤더(143ab)로 배출될 때, 다른 하나의 제2메인헤더(143ab)로 배출되는 온수의 온도가 상기 설정 온도 이상이면, 밸브(149)를 개방하여 냉각수를 중간헤더(145)에 유입시킬 수 있다. 그러면, 다른 하나의 제1메인헤더(141ab)에서 배출되어 중간헤더(145)를 통과하여 어느 하나의 제2메인헤더(143ba)로 유입되는 온수에는 냉각수가 혼합되므로, 제2뱅크(143)에서 온수가 끓는 것을 방지할 수 있다.
중간헤더(145)로 공급될 냉각수의 양은 제1센서(151) 및 제2센서(155)에서 각각 감지한 온수의 압력 및 온도에 따라 결정할 수 있다. 그리고, 냉각수관(147)을 개폐하는 밸브(149)의 개폐 정도를 조절하면 중간헤더(145)로 공급되어야 할 냉각수의 양을 정밀하게 조절할 수 있다.
배기가스가 유입되는 관로(110)의 부위에는 분기관로(120)가 형성될 수 있고, 분기관로(120)가 형성된 관로(110)의 부위에는 관로(110)와 분기관로(120)를 선택적으로 폐쇄하는 댐퍼(130)가 설치될 수 있다.
이코노마이저(140)로 유입된 원수를 가열하고자 할 경우에는 댐퍼(130)로 분기관로(120)를 폐쇄하여 배기가스가 이코노마이저(130)로 공급되게 할 수 있고, 시운전 또는 비정상적인 상태일 경우에는 댐퍼(130)로 관로(1110)를 폐쇄하여 배기가스가 분기되게 할 수 있다.
본 실시예에 따른 폐열회수유닛(100)은, 이코노마이저(130)에서 원수가 끓는 것을 방지하기 위하여, 이코노마이저(130)에서 배출되는 온수의 압력 및 온도를 측정하여 상기 설정 온도를 계산한다. 그리고, 이코노마이저(130)에서 배출되는 온수의 온도가 상기 설정 온도 이상이면, 중간헤더(145)로 냉각수를 공급하여 온수에 혼합시킨다. 이때, 중간헤더(145)로 공급되는 냉각수의 양은 밸브(149)를 이용하여 제어하므로, 종래의 폐열회수유닛에서 댐퍼를 이용하여 이코노마이저로 공급되는 배기가스의 양을 제어하는 것에 비하여, 상대적으로 정밀하게 제어할 수 있다. 따라서, 이코노마이저(130)에서 온수가 끓는 것을 정밀하게 방지할 수 있다.
그리고, 제1뱅크(141)의 다른 하나의 제1메인헤더(141ab)에서 배출된 온수는 중간헤더(145)로 유입되어 냉각수와 혼합되고, 냉각수가 혼합된 온수는 제2뱅크(143)의 어느 하나의 제2메인헤더(143aa)로 유입된 후, 각각의 제2튜브(143b)로 유입되므로, 냉각수가 혼합된 온수를 각각의 제2튜브(143b)로 균일하게 유입시킬 수 있다. 그러므로, 이코노마이저(130)에서 온수가 끓는 것을 더욱 정밀하게 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 관로
120: 분기관로
130: 댐퍼
140: 이코노마이저
141: 제1뱅크
143: 제2뱅크
145: 중간헤더

Claims (6)

  1. 가스터빈에서 배출된 배기가스가 유입되어 배출되는 관로;
    상기 관로에 설치되며, 원수를 전달받아 상기 배기가스와 열교환하여 원수를 포화액체 상태로 가열한 후 배출하는 이코노마이저(Economizer)를 포함하며,
    상기 이코노마이저에서 배출되는 가열된 원수의 온도가 설정 온도 이상이면, 상기 이코노마이저로 유입된 원수에는 냉각수가 혼합되는 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물의 폐열회수유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이코노마이저는,
    원수가 유입되는 제1메인헤더와 상기 제1메인헤더와 연통되며 상기 관로에 위치된 복수의 제1튜브를 가지는 제1뱅크;
    상기 제1메인헤더와 연통되며 상기 제1메인헤더로부터 가열된 원수를 전달받아 배출하는 제2메인헤더와 상기 제2메인헤더와 연통되며 상기 관로에 위치된 복수의 제2튜브를 가지는 제2뱅크;
    상기 제1메인헤더 및 상기 제2메인헤더와 각각 연통되며, 상기 제2메인헤더에서 배출되는 가열된 원수의 온도가 상기 설정 온도 이상이면, 상기 제1메인헤더에서 상기 제2메인헤더로 공급되는 가열된 원수에 냉각수를 혼합시키는 중간헤더를 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물의 폐열회수유닛.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1메인헤더는 한쌍으로 마련되고,
    상기 제1튜브의 일단부 및 타단부는 어느 하나의 상기 제1메인헤더 및 다른 하나의 상기 제1메인헤더와 각각 연통되며,
    상기 제2메인헤더는 한쌍으로 마련되고,
    상기 제2튜브의 일단부 및 타단부는 어느 하나의 상기 제2메인헤더 및 다른 하나의 상기 제2메인헤더와 각각 연통되며,
    어느 하나의 상기 제1메인헤더로 원수가 유입되고,
    다른 하나의 상기 제1메인헤더와 어느 하나의 상기 제2메인헤더는 상기 중간헤더를 매개로 상호 연통되며,
    다른 하나의 상기 제2메인헤더를 통하여 가열된 원수가 배출되는 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물의 폐열회수유닛.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 중간헤더에는 냉각수를 공급하기 위한 냉각수관이 설치되고,
    상기 냉각수관에는 밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물의 폐열회수유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이코노마이저의 일측에는 상기 이코노마이저에서 배출되는 가열된 원수의 압력 및 온도를 각각 감지하는 제1센서 및 제2센서가 설치된 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물의 폐열회수유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배기가스가 유입되는 상기 관로의 부위에는 분기관로가 형성되고,
    상기 분기관로가 형성된 상기 관로의 부위에는 상기 관로와 상기 분기관로를 선택적으로 폐쇄하는 댐퍼가 설치된 것을 특징으로 하는 부유식 해상구조물의 폐열회수유닛.
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