KR20190026913A - 수직 폐열 증기 발생기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 관류 시스템으로서 설계되는 저압 스테이지를 갖는 수직 폐열 증기 발생기이며, 유동 매체(S)에 의해 관류되고, 고온 가스(H)에 의해 관류되는 고온 가스 채널(1) 내에 배치되어 있는 적어도 하나의 응축물 예열기 가열면(20, 21, 22)을 갖는 응축물 예열기; 유동 매체(S)에 의해 관류되고 고온 가스 채널(1) 내에 배치되어 있는 적어도 하나의 저압 예열기 가열면(30, 31, 32)을 갖는 저압 예열기; 및 유동 매체(S)에 의해 관류되고 고온 가스 채널(1) 내에 배치되어 있는 적어도 하나의 저압 증발기 가열면(40)을 갖는 저압 증발기;를 포함하는, 수직 폐열 증기 발생기에 관한 것이다. 적어도 하나의 저압 예열기 가열면(30, 31, 32) 및 적어도 하나의 저압 증발기 가열면(40)은 부가의 압력 보상 없이 1회 통과로 연속적으로 유동 매체(S)에 의해 관류된다.
Description
본 발명은 청구항 1에 청구된 바와 같은 수직 폐열 증기 발생기에 관한 것이다.
폐열 증기 발생기는 최근에 설비의 효율을 향상시키기 위해 복수의 발전 설비에 사용된다. 종래의 수평 보일러 디자인과는 별개로, 현재의 개량은 효율적인 수직 보일러를 개발하는 것을 목표로 한다. 하나의 고려 사항은 현재의 수평 보일러 디자인에 비교하여, 심지어 중간압 및 저압 범위에서도, 이 방식으로 큰 체적의 무거운 실린더를 생략할 수 있게 하기 위해 모든 3개의 압력 스테이지를 강제식 관류 시스템으로서 형성하는 것이다. 더욱이, 이는 또한 보일러의 전체 강 구조체가 더 박형이 되고 더 저가가 되게 하는 것을 가능하게 할 것이다.
특히 강제 관류식 저압 증발기의 열수력 연구들(thermohydraulic studies)은, 전체 부하 범위에서의 증발기의 안정한 관류가, 저압 시스템의 공급수 예열이 응축물 예열기 내에서만 발생하는 일반적으로 현재 사용되는 응축물 및 공급수 예열을 위한 가열면 구성에 의해 성취될 수 없다는 것을 나타내고 있다.
본 발명의 목적은 개량된 수직 폐열 증기 발생기를 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 1의 특징들을 갖는 수직 폐열 증기 발생기에 의해 성취된다. 다른 유리한 실시예가 종속 청구항에서 발견될 수 있다.
예열기 및 증발기가 부가의 압력 보상 없이 1회 통과로 도관 형성되면 그리고 충분히 높은 압력 강하가 예열기의 구역에서 생성되면, 저압에서 낮은 가압이 존재할 때도, 증발기 가열면들의 안정한 유동이 성취될 수 있다는 것이 판명되었다. 일반적으로, 이는 단지 초과 냉각된 매체가 전체 부하 범위에서 유동하는 입구 영역에서 이 가열면의 도관이 작은 내경을 갖도록 형성됨으로써 성취될 수 있다. 초기 추정은, 저압 증발기의 안정한 관류를 위해 요구되는 이러한 요구되는 스로틀 압력 강하가 이 종류의 조합 회로에 의해 성취될 수 있다는 것을 또한 나타내고 있다. 그러나, 현재 공지의 해결책에 대조적으로, 부가의 저압 예열기 가열면이 이 목적으로 요구된다. 그러나, 저압 증발기의 공급이 더 이상 응축물 예열기로부터의 유동 매체에 의해 제공되지 않고 고유의 예열 회로에 의해 구현되면, 응축물 예열기에서와 같이, 유동 매체의 온도가 저압 예열기의 도관 내의 임의의 점에서 시스템-관련 설계 온도 미만으로 강하하지 않는 것을 보장할 필요가 있다. 단지 이 방식으로, 도관이 동작 중에 임의의 부식을 겪지 않는 것을 보장하는 것이 가능하다.
본 발명에 따르면, 따라서 관류 시스템으로서 설계되는 저압 스테이지를 갖는 수직 폐열 증기 발생기가, 유동 매체에 의해 관류되고, 고온 가스에 의해 관류되는 고온 가스 채널 내에 배치되어 있는 적어도 하나의 응축물 예열기 가열면을 갖는 응축물 예열기; 유동 매체에 의해 관류되고 고온 가스 채널 내에 배치되어 있는 적어도 하나의 저압 예열기 가열면을 갖는 저압 예열기; 및 유동 매체에 의해 관류되고 고온 가스 채널 내에 배치되어 있는 적어도 하나의 저압 증발기 가열면을 갖는 저압 증발기;를 포함하고, 적어도 하나의 저압 예열기 가열면 및 적어도 하나의 저압 증발기 가열면은 부가의 압력 보상 없이 1회 통과로 연속적으로 유동 매체에 의해 관류되는 것이 고려된다. 이 경우에, 고온 가스 채널 내의 적어도 하나의 저압 예열기 가열면 중 제1 저압 예열기 가열면은 바람직하게는 고온 가스 방향에서 적어도 하나의 응축물 예열기 가열면 중 제1 응축물 예열기 가열면 다음에 배치된다. 그러나, 대안으로서, 고온 가스 채널 내의 저압 예열기 가열면 및 응축물 예열기 가열면이 거의 동일한 구역에 배치되게(예를 들어, 엇갈림) 하는 것이 또한 가능할 것이다.
공급수의 예열 - 저압 시스템의 가열면을 관류하는 유동 매체라 칭함 - 이 단지 응축물 예열기에서만 발생하는 공지의 해결책과 비교할 때, 상응하는 저압 예열기 가열면을 갖는 개별 저압 예열기[LP 이코노마이저(economizer)]가 본 발명에서 제공된다. 이 목적으로, 한편으로는 연도 가스 채널 출구에서 응축물 예열기 다음에, 그리고 다른 한편으로는 열역학적 관점으로부터 적합한 2-부분 응축물 예열기의 가열면들 사이의 점에서 이들 가열면의 2-부분 배열이 바람직하게 선택된다. 연도 가스 채널의 최저온 섹션에 저압 예열기를 배열하는 것은, 유동 매체의 증발이, 작은 내경을 갖고 거기에 제공된 도관 내에서 발생하지 않는 것을 보장하여, 정적 유동 안정성 및 동적 유동 안정성을 성취하는 것을 가능하게 한다. 2개의 응축물 예열기 가열면들 사이의 적합한 점에서의 제2 저압 예열기 가열면의 배열은 저압 시스템을 위한 공급수의 요구된 예열을 보장하는 것을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 유리한 실시예에서, 요구, 즉 부가의 경제적 또는 동작 단점이 동시에 발생하지 않고, 저압 예열기의 입구에서 유동 매체의 최소 온도를 보장하는 것을 만족하는 장치가 제공된다. 이를 성취하기 위해, 유동 매체는 저압 시스템의 공급을 위해, 응축물 예열기의 입구에, 즉 제1 응축물 예열기 가열면의 앞에서 추출된다.
유리한 방식으로, 이 추출은 분기부 및 응축물 예열기 순환 질량 유동의 삽입점의 다음에 또는 하류측에 있는 상응하는 제어 밸브에 의해 성취되고, 이 제어 밸브는 응축물 예열기 내로의 유동 매체의 입구 온도를 제어한다. 이는 제1 저압 예열기 가열면의 입구에서의 유동 매체의 온도가 제1 응축물 예열기 가열면의 입구에서와 동일한 온도를 갖도록 보장한다. 양 시스템, 즉 응축기 예열기 및 저압 스테이지는 따라서 동일한 입구 온도를 받게 된다. 이는 저압 시스템에서도, 부식의 관점으로부터 요구된 유동 매체의 최소 온도에 미달되지 않는 것을 보장한다.
바람직한 실시예에 의해, 부가의 장비 없이, 저압 예열기의 입구에서 공급되는 유동 매체가 응축물 예열기의 입구에서와 사실상 동일한 온도를 갖는 것을 보장하는 것이 가능하다. 저압 예열기의 입구에서의 유동 매체의 고유의 온도 제어가 생략된다. 일반적으로 응축물 예열기의 부가의 순환 회로에 의해 보장된 응축물 예열기의 입구에서의 유체 온도의 제어는 따라서 또한 저압 예열기에서의 부식의 관점으로부터 요구된 유동 매체의 입구 온도를 동시에 보장한다. 특히, 가스 터빈의 오일 동작 중에, 유동 매체의 상승된 온도가 따라서 저압 예열기의 입구 구역에서도 보장된다.
본 발명에 따른 다른 실시예에서, 저압 예열기 및 저압 증발기를 포함하는 독립적인 순환 회로가 저압 시스템 내에 통합되고, 또한 저압 증발기가 과잉공급된다. 아직 증발되지 않았고 물/증기 분리기 내에서 증기로부터 분리되어 있고 비등 온도에 있는 물은 이어서 저압 순환 펌프에 의해 저압 예열기의 입구로 복귀되고 저온 공급수에 첨가된다. 저압 증발기의 과잉공급 레벨 및 연계된 재순환량의 적절한 선택에 의해, 제1 저압 예열기 가열면의 입구에서 유동 매체의 요구된 최소 온도를 적합하게 설정하는 것이 가능하다. 본 변형예의 하나의 장점은, 과잉공급에 의해, 비교적 높은 증발기 처리량이 존재하고, 이는 이어서 저압 증발기 내의 유동의 안정성 특성에 긍정적인 효과를 갖는다는 것이다. 그러나, 본 실시예는, 특히 바람직한 변형예와 비교될 때, 이 경우에 부가의 장비(순환 펌프, 제어 밸브 등과 같은)가 순환 회로를 위해 요구되는 단점을 갖는다. 더욱이, 이 실시예에서, 저압 증발기는 저압 예열기의 입구에서의 유동 매체의 최소 온도의 설정을 위해 요구되는 과잉공급의 레벨을 갖고 습윤 모드에서 기본적으로 동작되어야 하기 때문에, 전체 동작 범위에서 임의의 시점에 저압 증발기의 출구에서 유동 매체의 과열을 성취하는 것이 가능하지 않다.
본 발명은 이제 이하의 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이다. 도면에서:
도 1은 수직 폐열 증기 발생기의 저압 스테이지의 본 발명에 따른 바람직한 예시적인 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 2는 세분된 가열면을 갖는 수직 폐열 증기 발생기의 본 발명에 따른 예시적인 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 2개의 다른 예시적인 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 1은 수직 폐열 증기 발생기의 저압 스테이지의 본 발명에 따른 바람직한 예시적인 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 2는 세분된 가열면을 갖는 수직 폐열 증기 발생기의 본 발명에 따른 예시적인 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 2개의 다른 예시적인 실시예를 개략적으로 도시하고 있다.
도 1은 수직 폐열 증기 발생기의 강제 관류식 저압 시스템의 변형예를 개략적으로 도시하고 있는데, 이 변형예는 유동 안정성을 보장하기 위한 바람직한 것이다. 상기 수직 폐열 증기 발생기는, 유동 매체(S)에 의해 관류되고, 고온 가스(H)에 의해 관류되는 고온 가스 채널(1) 내에 배치되어 있는 응축물 예열기 가열면(20)을 갖는 응축물 예열기; 유동 매체(S)에 의해 관류되고 고온 가스 채널(1) 내에 배치되어 있는 저압 예열기 가열면(30)을 갖는 저압 예열기; 및 유동 매체(S)에 의해 관류되고 고온 가스 채널(1) 내에 배치되어 있는 저압 증발기 가열면(40)을 갖는 저압 증발기;를 포함한다. 여기서, 저압 예열기 가열면(30) 및 저압 증발기 가열면(40)은 부가의 압력 보상 없이 1회 통과로 연속적으로 유동 매체(S)에 의해 관류되는 이러한 방식으로 설계된다. 더욱이, 고온 가스 채널(1) 내의 저압 예열기 가열면(30)은 고온 가스 방향에서 응축물 예열기 가열면(20) 다음에 배치된다.
더욱이, 유동 매체(S)의 일부를 저압 예열기에 공급하기 위한 분기부(50)가 응축물 예열기를 향한 유동 매체(S)의 제1 공급 라인(24) 내에 제공된다. 더욱이, 제어 밸브(35)가, 저압 예열기를 향한 제2 공급 라인(34) 내에서, 분기부(50) 다음에 제공되고, 상기 제어 밸브는 저압 예열기로 분기되는 유동 매체(S)의 양을 제어한다. 더욱이, 순환 펌프(23)가 여기서 응축물 예열기를 위해 제공되고, 상기 순환 펌프는 응축물 예열기 가열면 내에서 가열된 유동 매체를 라인(25, 27) 및 제1 연결점(26)을 거쳐 제1 공급 라인(24)으로 복귀시키고, 제1 연결점(26)은 분기부(50) 앞에서, 제1 공급 라인(24) 내에 배치된다.
도 2는 유동 매체(S)에 의해 연속적으로 관류되고 고온 가스 채널(1) 내에 공간 분리 방식으로 배치되어 있는 2개의 응축물 예열기 가열면(21, 22)을 포함하는 응축물 예열기를 갖는 수직 폐열 증기 발생기의 전술된 실시예의 개량예를 도시하고 있다. 더욱이, 이 경우에 폐열 증기 발생기는 유동 매체(S)에 의해 연속적으로 관류되고 고온 가스 채널(1) 내에 공간 분리 방식으로 배치되어 있는 2개의 저압 예열기 가열면(31, 32)을 갖는 저압 예열기를 갖고, 고온 가스 채널(1) 내에 배치되어 있고 유동 매체(S)에 의해 저압 예열기 가열면 다음에 관류되는 적어도 하나의 저압 증발기 가열면(40)을 갖는 저압 증발기를 갖는다. 본 발명에 따르면, 유동 매체(S)에 의해 관류되는 제1 저압 예열기 가열면(31)이 고온 가스 방향에서 제1 응축물 예열기 가열면(21) 다음에 고온 가스 채널(1) 내에 배치되고, 유동 매체(S)에 의해 이어서 관류되는 제2 저압 예열기 가열면(32)이 고온 가스 방향에서 제1 및 제2 응축물 예열기 가열면(21, 22) 사이에 배치되는 것이 이제 제공된다. 더욱이, 유동 매체(S)의 일부를 저압 예열기에 공급하기 위한 분기부(50)가, 응축물 예열기로의 유동 매체(S)의 공급 라인(24) 내에 제공되고, 여기서 분기되는 유동 매체(S)의 양은 제어 밸브(35)에 의해 제어된다. 응축물 예열기 가열면 내에서 가열된 유체 매체를 라인(27) 및 연결점(26)을 거쳐 공급 라인(24)으로 복귀시키기 위해 순환 펌프(23)가 응축물 예열기를 위해 또한 제공되고 분기부(50)가 연결점(26)의 하류측에 배치되는 사실에 의해, 사실상 동일한 온도 레벨을 갖는 유동 매체가 이제 양 시스템에 이용 가능하다.
도 3 및 도 4는 수직 폐열 증기 발생기의 대안 실시예를 도시하고 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에 대조적으로, 저압 예열기 및 증발기 가열면을 관류하는 미증발된 유동 매체(S)를 물/증기 분리기(60), 복귀 라인(51) 및 연결점(53)을 거쳐 제2 공급 라인(34)으로 복귀시키기 위해, 저압 순환 펌프(52)가 저압 예열기 및 저압 증발기 회로를 위해 또한 제공된다. 적합한 증발기 과잉공급에 의해, 저압 순환 펌프(52) 및 복귀 라인(51)을 거쳐 안내된 순환 질량 유동은 바로, 유동 매체(S)의 원하는 온도가 제1 저압 예열기 가열면으로의 입구에서 성취되도록 설정될 수 있다.
Claims (7)
- 관류 시스템으로서 설계되는 저압 스테이지를 갖는 수직 폐열 증기 발생기이며,
- 유동 매체(S)에 의해 관류되고, 고온 가스(H)에 의해 관류되는 고온 가스 채널(1) 내에 배치되어 있는 적어도 하나의 응축물 예열기 가열면(20, 21, 22)을 갖는 응축물 예열기,
- 유동 매체(S)에 의해 관류되고 고온 가스 채널(1) 내에 배치되어 있는 적어도 하나의 저압 예열기 가열면(30, 31, 32)을 갖는 저압 예열기,
- 유동 매체(S)에 의해 관류되고 고온 가스 채널(1) 내에 배치되어 있는 적어도 하나의 저압 증발기 가열면(40)을 갖는 저압 증발기를 포함하고,
- 적어도 하나의 저압 예열기 가열면(30, 31, 32) 및 적어도 하나의 저압 증발기 가열면(40)은 부가의 압력 보상 없이 1회 통과로 연속적으로 상기 유동 매체(S)에 의해 관류되는, 수직 폐열 증기 발생기. - 제1항에 있어서,
고온 가스 채널(1) 내의 적어도 하나의 저압 예열기 가열면(30, 31, 32) 중 제1 저압 예열기 가열면(30, 31)은 고온 가스 방향에서 적어도 하나의 응축물 예열기 가열면(20, 21, 22) 중 제1 응축물 예열기 가열면(20, 21) 다음에 배치되는 것을 특징으로 하는 수직 폐열 증기 발생기. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 응축물 예열기는, 유동 매체(S)에 의해 연속적으로 관류되고 고온 가스 채널(1) 내에 공간 분리 방식으로 배치되어 있는 2개의 응축물 예열기 가열면(21, 22)을 포함하고, 상기 저압 예열기는, 유동 매체(S)에 의해 연속적으로 관류되고 고온 가스 채널(1) 내에 공간 분리 방식으로 배치되어 있는 2개의 저압 예열기 가열면(31, 32)을 포함하고, 상기 유동 매체(S)에 의해 관류되는 제1 저압 예열기 가열면(31)은 고온 가스 방향에서 제1 응축물 예열기 가열면(21) 다음에 고온 가스 채널(1) 내에 배치되고, 상기 유동 매체(S)에 의해 이어서 관류되는 제2 저압 예열기 가열면(32)은 고온 가스 방향에서 제1 및 제2 응축물 예열기 가열면(21, 22) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 수직 폐열 증기 발생기. - 제1항, 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유동 매체(S)의 일부를 저압 예열기에 공급하기 위한 분기부(50)가, 상기 응축물 예열기를 향한 유동 매체(S)의 제1 공급 라인(24) 내에 제공되는 것을 특징으로 하는 수직 폐열 증기 발생기. - 제4항에 있어서,
제어 밸브(35)가, 상기 저압 예열기를 향한 제2 공급 라인(34) 내에서 분기부(50) 다음에 제공되고, 상기 제어 밸브는 상기 저압 예열기로 분기되는 유동 매체(S)의 양을 제어하는 것을 특징으로 하는 수직 폐열 증기 발생기. - 제4항 또는 제5항에 있어서,
순환 펌프(23)가 또한 상기 응축물 예열기를 위해 제공되고, 상기 순환 펌프는 상기 응축물 예열기 가열면 내에서 가열된 유동 매체를 라인(25, 27) 및 제1 연결점(26)을 거쳐 제1 공급 라인(24)으로 복귀시키고, 제1 연결점(26)은 분기부(50) 앞에서, 제1 공급 라인(24) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 수직 폐열 증기 발생기. - 제1항, 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
저압 순환 펌프(52)가 상기 저압 예열기 및 상기 저압 증발기를 위해 제공되고, 상기 저압 순환 펌프는 상기 저압 예열기 및 저압 증발기 가열면(30, 31, 32, 40)을 관류하는 미증발된 유동 매체(S)를 물/증기 분리기(60), 복귀 라인(51) 및 제2 연결점(53)을 거쳐 상기 저압 예열기를 향한 제2 공급 라인(34)으로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 수직 폐열 증기 발생기.
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