KR20210063369A - 랭킨 사이클의 효율 향상 방법 - Google Patents

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Abstract

냉단 손실을 감소시켜 랭킨 사이클의 효율을 향상시키는 방법으로서, 재열 사이클을 구비하는 랭킨 사이클의 경우, 재열 증기의 온도를 낮추거나 재열 증기 시스템을 제거하고, 재생 추기를 구비하는 랭킨 사이클의 경우, 주증기의 온도를 낮추고 주증기의 습도를 높이는 단계를 포함한다.

Description

랭킨 사이클의 효율 향상 방법
본 발명은 랭킨 사이클, 즉 증기 터빈 발전기 세트의 열효율을 향상시키는 기술분야에 관한 것으로, 특히 대형 및 소형 랭킨 사이클의 열 소비율을 감소시키는 방법에 관한 것이다.
열원 시스템, 증기 터빈 사이클 시스템, 냉단 시스템을 포함하는 랭킨 사이클 시스템, 즉 증기 터빈 발전 시스템은 열 에너지를 기계적 에너지로 변환한 후 증기 터빈과 함께 구동되는 발전기를 통해 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하여 발전을 구현한다.
열원 시스템은 물을 가열하여 증기를 형성함으로써 이를 증기 터빈에 제공한다.
소형 증기 터빈 사이클 시스템에는 주증기 시스템, 증기 터빈 실린더 블록, 재생 추기 시스템, 축 밀봉 증기 시스템이 포함된다.
대형 증기 터빈 사이클 시스템에는 주증기 시스템, 복수의 증기 터빈 실린더 블록, 재열 증기 시스템, 축 밀봉 증기 시스템이 포함된다.
냉단 시스템은 증기 터빈의 저압 실린더가 증기를 배출한 후 배치된 응축기를 포함하여 저압 실린더에 의해 배출된 증기를 응축수로 형성하고, 응축수 펌프 및 급수 펌프 등을 통해 응축수를 열원 시스템으로 복귀시키며 물을 재가열하여 연속으로 작동 가능한 랭킨 사이클의 발전 과정이 이루어진다.
응축기 및 냉각탑, 공기 냉각 아일랜드와 같은 상이한 형태의 냉각 시스탬을 포함하는 응축기 냉각용 시스템은 열 에너지 동력 발전기 세트의 냉단 시스템을 형성한다.
본 발명에 따른 대형 랭킨 사이클은 전 세계 전기 에너지의 70% 이상을 제공한다. 따라서 이러한 대형 랭킨 사이클의 효율을 향상시키는 것은 발전 기술의 개선, 발전 비용의 절감, 온실가스 배출 감소 및 지구 환경 보호에 중요한 의미가 있다.
열원 시스템의 증기압 측면에서, 본 발명에 따른 대형 랭킨 사이클은 증기 터빈 설계 기준에 따라 중압(1.96 ~ 3.92 MPa), 고압(5.88 ~ 9.81 MPa), 초고압(11.7 ~ 13.7 MPa), 아임계(15.69 ~ 18.0 MPa), 초임계(23 ~ 27 MPa), 초초임계(30 ~ 35 MPa)를 포함한다.
본 발명에 따른 대형 랭킨 사이클의 열원 시스템은 아래와 같은 4가지 상이한 형태를 포함한다.
(a) 초고압 이상의 기존 발전소: 연탄, 연유, 연료 가스의 연소로 인해 방출되는 열량으로 물을 직접 가열하여 증기 터빈에 증기를 제공한다.
(b) 중압 이상의 복합 사이클 발전소: 가스 터빈에서 배출되는 고온 연소가스를 통해 증기 발생기(HRSG)를 가열하여 증기 터빈에 증기를 제공한다.
(c) 중압 이상의 태양광열 발전소: 태양 에너지 흡수 장치를 통해 태양 에너지의 열량을 흡수하여 축열 작동유체에 저장한 후, 전용 증기 발생기를 통해 저장된 열 에너지를 수열 에너지로 변환시키고 증기 터빈에 증기를 제공한다.
(d) 고압 원자력 발전소: 원자로를 통해 증기 터빈에 포화 증기를 제공한다.
종래 기술에 따르면, 증기를 고압 실린더에 통과시켜 작업을 수행한 후 증기의 온도가 감소되어 후속 실린더 블록에서 증기의 작업 효율이 감소되며 또한 저압 실린더의 종단 블레이드가 과도한 배기 습도로 인해 물침식되므로 중압, 고압 이상의 대형 발전기 세트에서 랭킨 사이클은 흔히 증기 재열 과정을 적용하는 바, 즉 고압 실린더로부터 배출된 증기를 가열하여 증기의 온도를 향상시킨다. 재열 증기 시스템의 목적은 랭킨 사이클의 열효율을 향상시키는 동시에 저압 실린더의 배기 증기 건조도를 향상시켜 저압 실린더의 종단 블레이드 물침식을 방지하거나 감소시킬 수 있도록 하는 것이다.
본 발명에 기재된 증기 재열 과정은 본 발명에 따른 아래 상이한 열원 시스템에 대해 상이한 형태로 구현된다.
a 타입 증기 터빈 발전 시스템은 1회 및 2회 중간 재열 시스템이고;
b 타입 증기 터빈 발전 시스템은 HRSG 시스템의 저압 가열 시스템 및 중압 가열 시스템이며;
c 타입 증기 터빈 발전 시스템은 증기 발생기의 재열 시스템이고;
d 타입 증기 터빈 발전 시스템은 증기-물 분리 재열기이다.
기존 발전소의 경우, 재열 시스템을 구비하는 대형 증기 터빈 발전 시스템은 매우 복잡한 증기 터빈 사이클 열 시스템으로, 일반적으로 고압 실린더, 중압 실린더 및 복수의 저압 실린더, 다단 재생 추기 히터 및 탈산소기, 축 밀봉 증기 시스템으로 구성된다. 이의 에너지 효율은 고압 실린더, 중압 실린더 및 저압 실린더의 엔탈피 감소 효율에 의존할 뿐만 아니라 재열 증기 시스템, 모든 재생 시스템의 각 레벨의 히터로 구성된 전체 증기 터빈 사이클 열 시스템의 공동 역할과 관련되나 전체 증기 터빈 사이클의 열효율에 대한 간단하고 직접적인 분석 방법이 구축되지 않아 증기 터빈 사이클 효율에 대한 이론적 연구는 항상 복잡하고 어렵다.
원자력 발전기 세트는 1950년대 초에 생성되었으며 공식적으로 상업 운전에 진입한 원자력 발전기 세트는 모두 증기-물 분리 재열기가 구비된다.
한편, 트로프형 및 타워형 태양광열 발전기 세트와 같이 과열 증기를 얻을 수 있는 출력 규모가 작은 증기 터빈 발전 시스템의 경우, 현재 용량이 이미 100 MW에 도달하고 증기압도 아임계 이상으로 도달하였으며 주증기 온도가 566℃에 도달한 반면, 여전히 중간 재열을 적용하고, 재열 증기의 온도는 여전히 566℃를 적용한다. 태양광열 발전기 세트의 재열 시스템은 변환기에 의해 구현된다.
따라서, 증기 재열 시스템을 적용하여 재열 증기의 온도를 최대한 높이는 것은 대형 증기 터빈 발전 시스템의 기존 발전소, 복합 사이클 발전소, 태양광열 발전소 및 원자력 발전기 세트의 종래 기술의 기본 특징이다.
과열 증기를 획득할 수 있는 조건에서 증기의 재열 회로를 구성하고 재열 증기의 온도를 자동으로 주증기 온도 정격값에 가깝게 제어 및 조절하는 바, 즉 주증기 온도 정격값(또는 그 이상)은 "중간 재열 기술"로 불리우는 재열 증기의 온도 고정값으로 직접 사용되며, 이는 글로벌 아임계 이상의 대용량 증기 터빈 발전기 세트의 기술 표준으로 되어 발전기 세트의 설계 기준, 제품 사양, 작동 규정 및 다양한 공개 문헌에 기재된다.
증기압을 향상시키는 것은 랭킨 사이클의 효율을 향상시키는 가장 기본적인 방법인데, 그 이유는 이를 통해 증기 터빈 임펠러의 단수를 증가시키고 증기의 작업 과정을 연장할 수 있기 때문이다. 증기 파라미터 압력을 아임계 이상으로 향상시키는 것은 발전기 세트의 에너지 소비를 감소시키기 위한 중요한 기술적 방향이다. 증기 터빈 중간 재열 기술, 즉 재열 랭킨 사이클은 증기 파라미터가 2 MPa에 불과했던 20세기 20년대에 생성되었으며 20세기 30년대에 널리 적용되었다. 증기 터빈의 증기압 파라미터가 증가함에 따라 중간 재열 기술은 대형 발전기 세트의 효율을 향상시키는 중요한 수단으로 되고 있다.
따라서, 역사적으로 고압 증기 파라미터를 갖는 발전기 세트는 생성됨과 동시에 증기 터빈 중간 재열 시스템이 구비된다. 파라미터가 300 MW 이상이고 아임계 이상인 대형 발전기 세트에서 증기 터빈에는 모두 중간 재열이 구비되고 더 큰 용량의 초초임계 세트는 2회 재열을 적용하기도 한다.
본 발명에 따른 소형 랭킨 사이클은 밀짚 발전소, 쓰레기 발전소, 지열 발전소, 해수 온도차 발전소 등과 같은 다양한 재생 가능 에너지의 증기 터빈 발전 시스템을 포함한다.
세계적 관점에서 볼 때, 이러한 소형 증기 터빈 발전 시스템은 총 설치 용량이 아직 작은 반면 그 자체 가치의 핵심은 지구 환경을 개선하고 보호하는 것이다. 예를 들어 밀짚 발전소, 쓰레기 발전소는 대량의 폐기물을 제거할 수 있어 깨끗하고 깔끔한 지구 환경을 유지하고; 지열 발전소, 해수 온도차 발전소는 재생 가능 에너지를 이용하여 환경을 오염시키지 않고 발전한다. 이러한 소형 랭킨 사이클의 효율을 향상시킴으로써 이러한 발전소의 경제성을 향상시킬 수 있으며 이는 이러한 발전소의 현실성과 발전에 도움이 된다.
열원 시스템의 증기압 측면에서, 본 발명에 따른 소형 랭킨 사이클은 증기 터빈 설계 기준에 따라 일반적으로 저압(1 MPa 미만) 및 중압(1.96 ~ 3.92 MPa) 시스템을 포함한다.
본 발명에 따른 소형 랭킨 사이클의 열원 시스템은 아래와 같은 4가지 상이한 형태를 포함한다.
(e) 밀짚 발전소: 밀짚의 연소에 의해 방출되는 열량으로 직접 물을 가열하여 증기 터빈에 증기를 제공한다.
(f) 쓰레기 발전소: 생활 쓰레기의 연소로 인해 방출되는 열량으로 직접 물을 가열하여 증기 터빈에 증기를 제공한다.
(g) 지열 발전소: 지열 자원의 열 에너지의 순간 증발 또는 열 교환을 통해 증기 터빈에 수증기 또는 저비점 작동유체의 증기를 제공한다.
(h) 해수 온도차 발전소: 고온 해수와 저온 해수를 추출한 후 저비점 작동유체와의 열 교환을 통해 증기 터빈에 저비점 작동유체의 증기를 제공한다.
종래 기술에 따르면, 주증기 온도를 정격 수준으로 유지하는 것이 랭킨 사이클의 열효율 향상에 유리하다. 주증기 온도를 높이는 목적은 랭킨 사이클의 열효율을 향상시키는 동시에 저압 실린더의 배기 증기 건조도를 향상시키고 저압 실린더의 종단 블레이드 물침식을 방지하거나 감소시키는 것이다.
현재 랭킨 사이클의 에너지 절약 및 분석에 관한 방법은 주로 기존 열 균형법, 등가 엔탈피 드롭법, 매트릭스법, 분석법, 사이클 함수법 등이 포함된다. 이러한 기존의 다양한 랭킨 사이클 열효율 분석 방법은 기본적으로 모두 주증기 흐름이 변하지 않는다고 가정한 전제하에 랭킨 사이클의 열효율을 분석하고 판단한다. 재열 증기의 온도를 높이는 것은 증기 터빈 작업 효율 향상에 관한 많은 이론에 부합되는 바, 예를 들어, 재열 온도를 높인 후 증기 흡열 온도가 향상되고 주증기 온도를 높인 후 증기 흡열 온도가 향상되며, 증기 엔탈피 값이 증가되고 증기 용적 흐름이 증가되거나 증기 운동 속도가 증가되어 증기의 작업 조건을 개선할 수 있으며, 중압 실린더 및 저압 실린더의 작업 효율 등이 증가되어 업계에서는 이러한 이론적 개념을 합리적인 것으로 간주한다.
그러나 기존 이론은 모두 주증기 흐름이 변하지 않는다고 가정한 전제하에 얻은 것이다. 즉 발전기 세트 작동 과정에서 발전 출력이 설정값이기 때문에 재열 온도가 변경되면 증기 터빈의 주증기 흐름이 불가피하게 변하게 되므로 기존의 다양한 랭킨 사이클 열효율 분석 방법으로 얻어진 결론은 정확하지 않다.
본 발명은 랭킨 사이클, 즉 증기 터빈 발전기 세트의 열효율을 향상시키는 기술분야에 관한 것으로, 특히 대형 및 소형 랭킨 사이클의 열 소비율을 감소시키는 방법에 관한 것이다.
상기와 같은 종래 기술에 존재하는 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 열원 시스템, 증기 터빈 사이클 시스템, 냉단 시스템을 포함하고, 상기 증기 터빈 사이클 시스템은 주증기 시스템, 증기 터빈 실린더 블록 시스템, 재열 증기 시스템 및 축 밀봉 증기 시스템을 포함하며, 상기 재열 증기 시스템은 재열기를 포함하고, 상기 증기 터빈 실린더 블록 시스템은 고압 실린더를 포함하는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법으로서, 상기 방법은,
열원 시스템 또는 증기 터빈 사이클 시스템의 장비 상태 또는 작동 조건을 조정하고 상기 재열기의 흡열량을 감소시켜, 상기 고압 실린더의 후속 실린더 블록으로 유입되는 증기의 온도가 상기 재열 증기의 정격 온도보다 낮아지도록 하여 냉단 손실을 감소시킴으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시키는 단계를 포함하는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 열원 시스템, 증기 터빈 사이클 시스템, 냉단 시스템을 포함하고, 상기 증기 터빈 사이클 시스템은 주증기 시스템, 증기 터빈 실린더 블록 시스템, 재생 추기 시스템 및 축 밀봉 증기 시스템을 포함하며, 증기 터빈의 작업 매체는 수증기 또는 기타 저비점 매체이고, 상기 증기 터빈 실린더 블록 시스템은 고압 실린더를 포함하는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법으로서, 상기 방법은,
열원 시스템 또는 증기 터빈 사이클 시스템의 장비 상태 또는 작동 조건을 조정하고 주증기 엔탈피 값을 줄이며 재생 추기 비율을 증가시켜 냉단 손실을 감소시킴으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시키는 단계를 포함하는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
본 발명은 랭킨 사이클, 즉 증기 터빈 발전기 세트의 열효율을 향상시키는 기술분야에 관한 것으로, 특히 대형 및 소형 랭킨 사이클의 열 소비율을 감소시키는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제공되는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2에서 제공되는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 3에서 제공되는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 4에서 제공되는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 5에서 제공되는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 6에서 제공되는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 7에서 제공되는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 8에서 제공되는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 9에서 제공되는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 10은 본 발명의 실시예 10에서 제공되는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 11은 본 발명의 실시예 11에서 제공되는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 12는 본 발명의 실시예 12에서 제공되는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 13은 본 발명의 실시예 13에서 제공되는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 14는 본 발명의 실시예 14에서 제공되는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 15는 본 발명의 실시예 15에서 제공되는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 16은 본 발명의 실시예 16에서 제공되는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 17은 본 발명의 실시예 17에서 제공되는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 18은 본 발명의 실시예 18에서 제공되는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 19는 본 발명의 실시예 19에서 제공되는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 20은 본 발명의 실시예 20에서 제공되는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 21은 본 발명의 실시예 21에서 제공되는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 22는 본 발명의 실시예 22에서 제공되는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 23은 본 발명의 실시예 23에서 제공되는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 24는 본 발명의 실시예 24에서 제공되는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 25는 본 발명의 실시예 25에서 제공되는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 26은 본 발명의 실시예 26에서 제공되는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 27은 본 발명의 실시예 27에서 제공되는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 28은 본 발명의 실시예 28에서 제공되는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 29는 본 발명의 실시예 29에서 제공되는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 30은 본 발명의 실시예 30에서 제공되는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 31은 본 발명의 실시예 31에서 제공되는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 32는 본 발명의 실시예 32에서 제공되는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 33은 재열 온도 및 각 레벨의 추기 온도의 추세도이다.
도 34는 본 발명의 대형 랭킨 사이클 및 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 기술 로드맵이다.
아래 설명에서는 제한이 아닌 설명의 목적으로 본 발명의 철저한 이해를 위해 특정 시스템 구조, 인터페이스, 기술 등과 같은 구체적인 세부 사항을 제안한다. 그러나 당업자라면 본 발명이 이러한 구체적인 세부 사항 없이 다른 실시예에서도 구현될 수 있다는 것을 명백히 이해해야 한다. 다른 경우에는 불필요한 세부 사항이 본 발명의 설명을 방해하지 않도록 공지된 시스템 구조, 인터페이스 및 기술에 대한 상세한 설명을 생략한다.
다양한 대형 증기 터빈 발전기 세트의 열원 시스템 또는 소형 증기 터빈 발전기 세트의 열원 시스템은 모두 증기 터빈 사이클과 상이하다. 본 명세서는 주로 석탄연소 보일러 열원 시스템, 중간 재열 시스템의 증기 터빈 사이클 시스템 및 재생 추기 시스템을 구비하는 단일 실린더 증기 터빈 사이클 시스템을 대표적인 조건으로 관련 기술 배경과 본 발명을 설명한다.
대형 증기 터빈 발전기 세트의 석탄연소 보일러의 열원 시스템은 용광로, 수냉벽 등에 의해 형성된 증발기, 증발된 주증기를 계속 가열하여 임계 압력 이상의 온도에 도달시키는 과열기, 저온 재열기와 고온 재열기로 구성된 재열 증기 시스템, 열원 시스템으로 유입된 급수를 예비 가열하는 이코노마이저 등으로 구성된다. 소형 증기 터빈 발전기 세트의 석탄연소 보일러의 열원 시스템은 용광로, 수냉벽 등에 의해 형성된 증발기, 증발된 주증기를 계속 가열하여 임계 압력 이상의 온도에 도달시키는 과열기, 증기 터빈 실린더 블록에서 증기를 추출하여 급수를 가열하는 재생 시스템, 열원 시스템으로 유입된 급수를 예비 가열하는 이코노마이저 등으로 구성된다. 열원 시스템, 증기 터빈 사이클 시스템, 냉단 시스템 외에도 석탄연소 보일러 세트는 일반적으로 연소가스 처리 시스템이 구비된다.
발명인은 10년에 걸쳐 실제 발전기 세트의 보일러 시스템, 증기 터빈 시스템, 냉단 시스템 및 DCS 시스템의 발전기 세트의 열 성능을 시뮬레이션하는 컴퓨터 시뮬레이션 시스템의 컴퓨터 소프트웨어를 설계 및 컴파일하고, 발전 과정에 대한 대량의 시뮬레이션 계산으로 주증기 온도의 현장 테스트을 대체하였으며, 또한 장기적으로 심도있는 이론적 연구를 진행하였다. 그 결과 소형 증기 터빈 발전기 세트의 주증기 온도를 정격 온도에 따라 제어하거나 대형 증기 터빈 발전기 세트의 재열 증기의 온도와 주증기 온도를 동일한 온도 기준으로 제어하는 것은 세계적 범위 내에 보편적으로 존재하는 오류 인식과 기술적 편견임을 발견하였다.
실제로 증기 터빈 작업 과정은 증기의 내부 에너지가 증기 터빈 로터에 충돌하는 과정에서 증기의 열 에너지가 증기 터빈 로터의 기계적 에너지로 변환하는 과정이고, 완전히 기계적 운동 계산을 수행할 수 있는 기계적 과정으로서, 이는 열역학의 카르노 사이클 또는 열전달 과정과는 상이하고 무관한 개념이다. 해당 과정에서 문제점은 저압 실린더의 배기 증기 에너지, 즉 냉단 손실을 감소시키는 방법이며 냉단 손실은 주로 저압 실린더에서 배출되는 증기압, 습도 및 흐름에 의존한다. 요약하면, 재생 추기의 작업 효율이 100%이므로 랭킨 사이클의 효율을 향상시키는 직접적이고 효과적인 방법은 재생을 강화하는 것이다.
도 34는 본 발명에 따른 대형 랭킨 사이클 및 소형 랭킨 사이클의 효율을 향상시키는 방법의 기술 로드맵이다. 도 34에 도시된 바와 같이, 냉단 손실을 감소시키는 것은 대형 랭킨 사이클의 발전 효율 또는 소형 랭킨 사이클의 발전 효율을 향상시키기 위한 본 발명의 핵심 기술 수단이므로 냉단 손실 감소는 종래 기술에 기여하는 기술적 특징이고, 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법과 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법은 모두 "냉단 손실 감소"라는 특정된 기술적 특징을 구비하여 양자는 포괄적인 발명 구상에 속하며, 본 발명에 따른 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법과 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법은 중국 특허법 제31조 제1항에 언급된 단일성을 구비한다.
실시예 1 내지 실시예 21은 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
실시예 1
본 발명의 실시예는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제공되는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 열원 시스템, 증기 터빈 사이클 시스템, 냉단 시스템을 포함하고, 상기 증기 터빈 사이클 시스템은 주증기 시스템, 증기 터빈 실린더 블록 시스템, 재열 증기 시스템 및 축 밀봉 증기 시스템을 포함하며, 상기 재열 증기 시스템은 재열기를 포함하고, 상기 증기 터빈 실린더 블록 시스템은 고압 실린더를 포함하는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법으로서, 상기 방법은,
S1000: 열원 시스템 또는 증기 터빈 사이클 시스템의 장비 상태 또는 작동 조건을 조정하고 상기 재열기의 흡열량을 감소시켜, 상기 고압 실린더의 후속 실린더 블록으로 유입되는 증기의 온도가 상기 재열 증기의 정격 온도보다 낮아지도록 하여 냉단 손실을 감소시킴으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시키는 단계를 포함한다.
실시예 2
본 발명의 실시예는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 실시예 1을 기반으로, 기존 발전소의 경우 상기 방법은,
S1011: 각 층의 관련 버너의 연료량과 츨력을 조정하되, 구체적으로 보일러 하층 버너의 연료량을 증가시키고 보일러 상층 버너의 연료량을 감소시키는 단계; 또는,
S1012: 상기 재열기가 재열 연소가스의 배플 조절 조건을 구비하는 경우, 구체적으로 상기 재열 연소가스의 배플 개방도를 조절하여 감소시키는 단계; 또는,
S1013: 상기 재열기가 재열 연소가스의 배플 조절 조건을 구비하거나 및/또는 구비하지 않는 경우, 구체적으로 보일러 버너의 경사 각도를 조절하여 감소시키는 단계를 포함한다.
상기 조절의 목적은 감소 보일러의 연소 중심을 줄이고 증기의 증발량을 증가시키며 상기 재열기의 흡열량을 줄여 상기 고압 실린더의 후속 실린더 블록으로 유입되는 증기의 온도가 상기 재열 증기의 정격 온도보다 낮아지도록 하여 냉단 손실을 감소시킴으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시키는 것이다.
실시예 3
본 발명의 실시예는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 실시예 2를 기반으로, 기존 발전소의 경우, 상기 증기 터빈 실린더 블록 시스템이 중압 실린더를 더 포함하면, 상기 고압 실린더의 배기 덕트와 중압 실린더의 흡기 덕트 사이에는 재열 증기 바이패스 덕트가 설치되고, 상기 재열 증기 바이패스 덕트에는 조절 도어가 설치되며, 상기 방법은,
S1011: 각 층의 관련 버너의 연료량과 츨력을 조정하되, 구체적으로 보일러 하층 버너의 연료량을 증가시키고 보일러 상층 버너의 연료량을 감소시키는 단계; 또는,
S1012: 상기 재열기가 재열 연소가스의 배플 조절 조건을 구비하는 경우, 구체적으로 상기 재열 연소가스의 배플 개방도를 조절하여 감소시키는 단계; 또는,
S1013: 상기 재열기가 재열 연소가스의 배플 조절 조건을 구비하거나 및/또는 구비하지 않는 경우, 구체적으로 보일러 버너의 경사 각도를 조절하여 감소시키는 단계; 및
S1020: 상기 조절 도어를 전체 또는 부분적으로 개방하여 상기 고압 실린더의 배기 증기의 일부가 상기 고압 실린더의 배기 덕트를 통해 상기 중압 실린더의 흡기 덕트로 직접 유입되도록 하는 단계를 포함한다.
상기 재열기의 흡열량을 감소시켜 상기 고압 실린더의 후속 실린더 블록으로 유입되는 증기의 온도가 상기 재열 증기의 정격 온도보다 낮아지도록 하여 냉단 손실을 감소시킴으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다.
실시예 4
본 발명의 실시예는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 실시예 1을 기반으로, 기존 발전소의 경우, 상기 방법은,
S1031: 상기 재열기의 열교환 면적을 감소시키는 단계; 또는,
S1032: 재열기를 제거하는 단계를 포함한다.
상기 재열기의 흡열량을 감소시켜 상기 고압 실린더의 후속 실린더 블록으로 유입되는 증기의 온도가 상기 재열 증기의 정격 온도보다 낮아지도록 하여 냉단 손실을 감소시킴으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다.
실시예 5
본 발명의 실시예는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 실시예 4를 기반으로 상기 방법은,
S1032: 재열기를 제거하고, 원래의 주증기 과열기와 이코노마이저를 기반으로 재열기를 새로운 이코노마이저로 교체하는 단계를 포함한다.
상기 재열기의 흡열량을 감소시켜 상기 고압 실린더의 후속 실린더 블록으로 유입되는 증기의 온도가 상기 재열 증기의 정격 온도보다 낮아지도록 하여 냉단 손실을 감소시킴으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다.
실시예 6
본 발명의 실시예는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 실시예 4를 기반으로, 재생 추기 시스템을 구비한 기존 발전소의 경우, 상기 방법은,
S1032: 재열기를 제거하며, 보일러 하층 버너의 연료량을 증가시키고, 보일러 상층 버너의 연료량을 감소시키거나, 또는, 보일러 버너의 경사 각도를 조절하여 감소시킴으로써 주증기 온도를 주증기의 정격 온도와 주증기 포화 온도 사이의 온도로 낮추는 단계를 포함한다.
상기 재열기의 흡열량을 감소시켜 상기 고압 실린더의 후속 실린더 블록으로 유입되는 증기의 온도가 상기 재열 증기의 정격 온도보다 낮아지도록 하여 냉단 손실을 감소시킴으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다.
실시예 7
본 발명의 실시예는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 실시예 4를 기반으로 상기 방법은,
S1032: 재열기 및 과열기를 제거하는 단계를 포함한다.
상기 재열기의 흡열량을 감소시켜 상기 고압 실린더의 후속 실린더 블록으로 유입되는 증기의 온도가 상기 재열 증기의 정격 온도보다 낮아지도록 하여 냉단 손실을 감소시킴으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다.
실시예 8
본 발명의 실시예는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 실시예 7을 기반으로 상기 방법은,
S1032: 재열기 및 과열기를 제거하고, 원래의 과열기를 고온 이코노마이저로 교체하는 단계를 포함한다.
상기 재열기의 흡열량을 감소시켜 상기 고압 실린더의 후속 실린더 블록으로 유입되는 증기의 온도가 상기 재열 증기의 정격 온도보다 낮아지도록 하여 냉단 손실을 감소시킴으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다.
실시예 9
본 발명의 실시예는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 실시예 7을 기반으로 상기 방법은,
S1032: 재열기를 제거하고, 주증기 감온수를 추가하여 주증기가 포화 증기 엔탈피 값과 같거나 낮은 엔탈피 값을 갖는 포화 증기 또는 습증기가 되도록 하는 단계를 포함한다.
상기 재열기의 흡열량을 감소시켜 상기 고압 실린더의 후속 실린더 블록으로 유입되는 증기의 온도가 상기 재열 증기의 정격 온도보다 낮아지도록 하여 냉단 손실을 감소시킴으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다.
실시예 10
본 발명의 실시예는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 실시예 7을 기반으로 상기 방법은,
S1032: 재열기 및 과열기를 제거하고, 급수 펌프의 용량을 증가하거나 급수 펌프 조절 도어를 크게 개방하거나 4번 추기 덕트를 제외한 재생 추기 회로에 새로운 급수 펌프를 추가 설치하여 열원 시스템과 증기 터빈 사이클 시스템의 급수량을 증가시키는 단계를 포함한다.
상기 재열기의 흡열량을 감소시켜 상기 고압 실린더의 후속 실린더 블록으로 유입되는 증기의 온도가 상기 재열 증기의 정격 온도보다 낮아지도록 하여 냉단 손실을 감소시킴으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다.
상기 4번 추기 덕트는 증기 터빈 발전 시스템 중 급수 펌프를 구동하기 위한 덕트이고, 4번 추기 덕트를 제외한 재생 추기 회로는 5번 추기 덕트, 6번 추기 덕트 또는 기타 추기 덕트일 수 있다.
실시예 11
본 발명의 실시예는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 실시예 5를 기반으로 상기 방법은,
S1032: 재열기를 제거하고, 원래의 주증기 과열기와 이코노마이저를 기반으로 재열기를 새로운 이코노마이저로 교체하는 단계; 및
S1040: 주증기압 및/또는 증기 터빈 로터의 임펠러 단수를 증가시켜 증기 터빈의 출력을 높이고 증기 터빈의 작업 효율을 향상시키는 단계를 포함한다.
상기 재열기의 흡열량을 감소시켜 상기 고압 실린더의 후속 실린더 블록으로 유입되는 증기의 온도가 상기 재열 증기의 정격 온도보다 낮아지도록 하여 냉단 손실을 감소시킴으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다.
실시예 12
본 발명의 실시예는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 실시예 6을 기반으로 상기 방법은,
S1032: 재열기를 제거하며, 보일러 하층 버너의 연료량을 증가시키고, 보일러 상층 버너의 연료량을 감소시키거나, 또는, 보일러 버너의 경사 각도를 조절하여 감소시킴으로써 주증기 온도를 주증기의 정격 온도와 주증기 포화 온도 사이의 온도로 낮추는 단계; 및
S1040: 주증기압 및/또는 증기 터빈 로터의 임펠러 단수를 증가시켜 증기 터빈의 출력을 높이고 증기 터빈의 작업 효율을 향상시키는 단계를 포함한다.
상기 재열기의 흡열량을 감소시켜 상기 고압 실린더의 후속 실린더 블록으로 유입되는 증기의 온도가 상기 재열 증기의 정격 온도보다 낮아지도록 하여 냉단 손실을 감소시킴으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다.
실시예 13
본 발명의 실시예는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 13에 도시된 바와 같이, 실시예 7을 기반으로 상기 방법은,
S1032: 재열기 및 과열기를 제거하는 단계; 및
S1040: 주증기압 및/또는 증기 터빈 로터의 임펠러 단수를 증가시켜 증기 터빈의 출력을 높이고 증기 터빈의 작업 효율을 향상시키는 단계를 포함한다.
상기 재열기의 흡열량을 감소시켜 상기 고압 실린더의 후속 실린더 블록으로 유입되는 증기의 온도가 상기 재열 증기의 정격 온도보다 낮아지도록 한다.
실시예 14
본 발명의 실시예는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 14에 도시된 바와 같이, 실시예 8을 기반으로 상기 방법은,
S1032: 재열기 및 과열기를 제거하고, 원래의 과열기를 고온 이코노마이저로 교체하는 단계; 및
S1040: 주증기압 및/또는 증기 터빈 로터의 임펠러 단수를 증가시켜 증기 터빈의 출력을 높이고 증기 터빈의 작업 효율을 향상시키는 단계를 포함한다.
상기 재열기의 흡열량을 감소시켜 상기 고압 실린더의 후속 실린더 블록으로 유입되는 증기의 온도가 상기 재열 증기의 정격 온도보다 낮아지도록 하여 냉단 손실을 감소시킴으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다.
실시예 15
본 발명의 실시예는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 15에 도시된 바와 같이, 실시예 9를 기반으로 상기 방법은,
S1032: 재열기 및 과열기를 제거하고, 주증기 감온수를 추가하여 주증기가 포화 증기 엔탈피 값과 같거나 낮은 엔탈피 값을 갖는 포화 증기 또는 습증기가 되도록 하는 단계; 및
S1040: 주증기압 및/또는 증기 터빈 로터의 임펠러 단수를 증가시켜 증기 터빈의 출력을 높이고 증기 터빈의 작업 효율을 향상시키는 단계를 포함한다.
상기 재열기의 흡열량을 감소시켜 상기 고압 실린더의 후속 실린더 블록으로 유입되는 증기의 온도가 상기 재열 증기의 정격 온도보다 낮아지도록 하여 냉단 손실을 감소시킴으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다.
실시예 16
본 발명의 실시예는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 16에 도시된 바와 같이, 실시예 10을 기반으로 상기 방법은,
S1032: 재열기 및 과열기를 제거하고, 급수 펌프의 용량을 증가하거나 급수 펌프 조절 도어를 크게 개방하거나 4번 추기 덕트를 제외한 재생 추기 회로에 새로운 급수 펌프를 추가 설치하여 열원 시스템과 증기 터빈 사이클 시스템의 급수량을 증가시키는 단계; 및
S1040: 주증기압 및/또는 증기 터빈 로터의 임펠러 단수를 증가시켜 증기 터빈의 출력을 높이고 증기 터빈의 작업 효율을 향상시키는 단계를 포함한다.
상기 재열기의 흡열량을 감소시켜 상기 고압 실린더의 후속 실린더 블록으로 유입되는 증기의 온도가 상기 재열 증기의 정격 온도보다 낮아지도록 하여 냉단 손실을 감소시킴으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다.
실시예 17
본 발명의 실시예는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 17에 도시된 바와 같이, 실시예 1을 기반으로, 원자력 발전기 세트의 경우, 상기 방법은,
S1050: 증기-물 분리 재열기로 유입되는 새로운 증기의 흐름을 감소시키거나 증기-물 분리 재열기를 제거하여 상기 재열 증기의 온도를 상기 주증기의 정격 온도보다 10℃ 낮은 온도로 낮추는 단계를 포함한다.
상기 재열기의 흡열량을 감소시켜 상기 고압 실린더의 후속 실린더 블록으로 유입되는 증기의 온도가 상기 재열 증기의 정격 온도보다 낮아지도록 하여 냉단 손실을 감소시킴으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다.
구체적으로, 상기 재열 증기의 온도를 상기 주증기의 정격 온도보다 10℃ 낮은 온도로 낮춘다는 것은 재열 증기의 온도 ≤ 주증기의 정격 온도 - 10℃로 표현할 수도 있다.
실시예 18
본 발명의 실시예는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 18에 도시된 바와 같이, 실시예 1을 기반으로, 복합 사이클 세트의 경우, 상기 방법은,
S1061: 저압 가열 시스템 또는 중압 가열 시스템의 흡열 요소의 열교환 면적을 줄여 저압 가열 시스템 또는 중압 가열 시스템의 흡열량을 감소시키는 단계; 또는,
S1062: 저압 가열 시스템 또는 중압 가열 시스템을 제거하는 단계를 포함한다.
상기 재열기의 흡열량을 감소시켜 상기 고압 실린더의 후속 실린더 블록으로 유입되는 증기의 온도가 상기 재열 증기의 정격 온도보다 낮아지도록 하여 냉단 손실을 감소시킴으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다.
실시예 19
본 발명의 실시예는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 19에 도시된 바와 같이, 실시예 18을 기반으로, 복합 사이클 세트의 경우, 상기 방법은,
S1062: 저압 가열 시스템 또는 중압 가열 시스템을 제거하고, 원래의 주증기 과열기와 이코노마이저를 기반으로, 제거된 저압 가열 시스템 또는 중압 가열 시스템을 새로운 고압 이코노마이저로 교체하는 단계를 포함한다.
상기 재열기의 흡열량을 감소시켜 상기 고압 실린더의 후속 실린더 블록으로 유입되는 증기의 온도가 상기 재열 증기의 정격 온도보다 낮아지도록 하여 냉단 손실을 감소시킴으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다.
실시예 20
본 발명의 실시예는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 20에 도시된 바와 같이, 실시예 1을 기반으로, 태양광열 세트의 경우, 상기 방법은,
S1071: 재열기의 열교환 면적을 줄여 재열 증기의 흡열량을 감소시키는 단계; 또는,
S1072: 재열기를 제거하는 단계를 포함한다.
상기 재열기의 흡열량을 감소시켜 상기 고압 실린더의 후속 실린더 블록으로 유입되는 증기의 온도가 상기 재열 증기의 정격 온도보다 낮아지도록 하여 냉단 손실을 감소시킴으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다.
실시예 21
본 발명의 실시예는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 21에 도시된 바와 같이, 실시예 20을 기반으로, 태양광열 세트의 경우, 상기 방법은,
S1072: 재열기를 제거하고, 원래의 주증기 과열기와 이코노마이저를 기반으로, 제거된 재열기를 새로운 고압 이코노마이저로 교체하는 단계를 포함한다.
상기 재열기의 흡열량을 감소시켜 상기 고압 실린더의 후속 실린더 블록으로 유입되는 증기의 온도가 상기 재열 증기의 정격 온도보다 낮아지도록 하여 냉단 손실을 감소시킴으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다.
아래 종래 기술을 결부하여 본 실시예에 적용되는 기술적 해결수단 및 해당 기술적 해결수단을 적용하여 발생되는 기술적 효과를 자세히 설명한다. 구체적으로,
대형 증기 터빈 발전기 세트의 경우, 종래 기술에 따르면, 재열 증기의 온도를 높이는 것이 발전 에너지 소비를 줄인다고 간주하거나 또는 발전 효율을 향상시키는 원인은 재열 증기의 온도를 높이는 것이 중압 실린더 및 저압 실린더의 열역학 작업 조건에 유리하고, 재열하지 않는 조건에서 저압 실린더의 배기 증기 습도는 상승한다. 발명인에 의한 컴퓨터 소프트웨어의 시뮬레이션 계산 결과에 따르면, 습도는 재열 시스템이 구비된 경우의 4 ~ 9%로부터 재열이 제거된 경우 22 ~ 28%로 증가된다. 이러한 변화가 열 시스템에 미치는 영향은 엄청나지만 종래의 "공정 열역학(Thermaldynamics: An Engineering Approach, Cengel, Copyrightⓒ 2016 by McGraw-Hill Education)" 이론 시스템에서 사용된 T-s 다이어그램(즉, 온도-엔트로피 관계 좌표도) 분석 방법은 랭킨 사이클 열효율 원리를 표현할 때 배기 증기 습도의 영향을 표현할 수 없다. 따라서, 재열 사이클의 유무가 열효율에 미치는 영향에 대한 정량화 비교 및 심층 연구를 수행하지 않았다. 즉, 역사상 T-s 다이어그램은 증기 습도를 표현할 없어 T-s 다이어그램은 표현 수단과 연구 능력이 상실되는데 이는 재열 시스템의 효율에 미치는 영향 역할에 대한 연구가 부족한 주된 이유 중 하나일 수 있다.
둘째, 재열 사이클이 증기 터빈 사이클의 효율을 향상시킨다는 결론은 종래의 "공정 열역학" 이론의 과실과 실제 공정의 발전으로 인한 열전달 관련 열역학 사상 개념의 오용으로 초래된 오류 판단이다.
실제로 증기 터빈 작업 과정은 증기의 내부 에너지가 증기 터빈 로터에 충돌하는 과정에서 증기의 열 에너지가 증기 터빈 로터의 기계적 에너지로 변환하는 과정이고, 완전히 기계적 운동 계산을 수행할 수 있는 기계적 과정으로서, 이는 열역학의 카르노 사이클 또는 열전달 과정과는 상이하고 무관한 개념이다. 재열 증기의 온도를 높이는 것은 증기의 기계적 작업 과정을 개선할 수 없으므로 증기 터빈의 에너지 변환을 증가시킬 수 없다. 해당 과정에서 문제점은 저압 실린더의 배기 증기 에너지, 즉 냉단 손실을 감소시키는 방법이며 냉단 손실은 주로 저압 실린더에서 배출되는 증기압, 습도 및 흐름에 의존한다.
증기 터빈 발전 과정의 열원 시스템과 냉단 시스템에서 증기와 물의 작동유체에서 발생하는 것 만이 열전달 과정이다. 재열 온도를 높이면 종래 인식에서의 증기 터빈 저압 실린더의 종단 블레이드의 물침식 현상만 감소시킬 뿐, 열효율에는 전혀 작용을 일으키지 못할 뿐만 아니라 반대로 배기 건조도가 감소되고 냉단 손실이 증가되어 열효율이 감소된다.
실제 발전기 세트의 작동 과정에서 재열 증기의 온도가 상승하면 중압 실린더 및 저압 실린더의 열역학 작업 조건과 발전 출력이 확실히 향상되나 고압 실린더 작업을 줄여야만 발전 출력의 요구를 충족시킬 수 있다. 그러나 문제점은 해당 과정에서 랭킨 사이클의 전체 열효율이 낮아진다는 것이다.
재열 증기 온도의 열 성능에 대한 테스트 및 입증
1, 테스트 방법
1.1테스트 하루 전, 테스트 세트는 발열량이 안정적인 석탄 유형을 적용하여 테스트 중에 가열로에 들어가는 석탄의 발열량이 가능한 한 안정을 유지하도록 하였다.
1.2 테스트 시작 전, 세트는 AGC(automatic generation control) 철수 및 일회 주파수 조정을 신청하여 300 MW ~ 400 MW 사이의 특정 부하로 안정화되고, 재열 연소가스의 배플 개방도를 90%로 조정하였다. 구체적인 부하점은 테스트 중 부하 상황에 따라 결정할 수 있으며, 주증기 압력 고정값을 (23 MPa로) 낮추고, 보일러 부압 고정값(-70 Pa)을 높여 세트가 테스트 전 준비 상태로 진입하도록 하며, 안정적인 작동 시간은 0.5 시간이다.
1.3 테스트 과정에서, 기계-용광로 협력 종료, 주증기압, 증기-기계 밸브 도어 개방도, 송풍기 개방도, 재열 증기의 온도 등을 자동으로 제어하고, 유인 송풍기와 주증기 온도는 자동으로 유지된다. 증기 터빈 밸브 도어 개방도와 송풍기 개방도의 경우, 자동 제어를 대체하고 주증기압과 풍량의 적절한 균형을 유지하기 위해 미량의 수동 개입을 수행할 수 있다.
1.4 응결수와 MGGH(media gas-gas heater)의 분리: 응결수와 MGGH의 열 교환 회로를 중지하고 증기 터빈과 MGGH의 분리를 구현한다. 안정적인 작동 시간은 0.5 시간이다.
1.5 세트가 안정될 때까지 대기한 후, 재열 연소가스의 배플 개방도를 점차적으로 조정(90%에서 20%로 하향 조절)하여 재열 증기의 온도를 약 20℃로 낮춘다. 안정적인 작동 시간은 0.5 시간이다.
1.6 테스트 결과에 따라 반복성 테스트를 수행할지 여부를 결정한다.
2, 테스트 과정
본 테스트에 언급된 시간은 테스트 시간에 대한 구체적인 한정이 아니라 실제 테스트 수행 시간이며, 본 테스트는 임의의 시간대에 수행될 수 있다.
테스트는 14:00에 시작되어 당일 18:00에 완전히 종료되었다.
테스트의 기본 과정은 아래와 같다.
① 세트는 14:00 ~ 14:28분 까지 정상적으로 작동하고, 부하는 300 MW에 도달하며, 투입을 협력 제어하고, 재열 연소가스의 배플 개방도는 89%이다.
② 14:28분에 세트가 수동을 해제하고, 석탄량, 풍량, 도어 조절은 변하지 않으며, 재열 연소가스의 배플 개방도는 89%이다.
③ 16: 05분에 재열 연소가스의 배플 개방도를 직접 21.8%로 조정하여 16: 43분까지 작동시켰다.
④ 16:43분 후, 재열 온도 변화 범위가 작동 규정이 허용하는 상한(40℃ 이상의 과열 온도보다 낮지 말아야 함)을 초과하지 않도록 재열 연소가스의 배플을 조정하였다. 조정 과정은 16:43분에 21.8%에서 41.6%로 개방하고, 30분 후 28.9%로 폐쇄하였다. 해당 조정으로 인해 증기 터빈은 과도 상태에 진입하여 열 균형 분석을 수행할 수 없다.
⑤ 17:56분에 재열 연소가스의 배플 개방도가 정상으로 회복되고 테스트가 종료된다.
3, 대표 데이터 선택
① 표준 방법
14:28분에 세트가 수동을 해제하고, 석탄량, 풍량, 도어 조절은 변하지 않으며, 재열 연소가스의 배플 개방도는 89%이다.
상기 방법으로 16:04분 까지 작동시켰다.
해당 테스트의 표준 방법으로 15:00 ~ 16:04분 사이의 데이터를 선택하였다.
② 비교 방법
16: 05분에 재열 연소가스의 배플 개방도를 직접 직접 21.8%로 조정하여 16: 43분까지 작동시켰다.
해당 테스트의 비교 방법으로 16:25 ~ 16:43분 사이의 데이터를 선택하였다.
4, 테스트 결과
테스트 원본 데이터의 통계 결과는 아래 표와 같다.
테스트 원본 데이터 통계 일람표
테스트 방법 표준 방법 비교 방법 단위
통계 시간 15:00-16:04 16:25-16:43
재열 연소가스의 배플 개방도 89 21.6 %
SELMW(selected megawatt) 303.3 305.4 MW
TOTAL FEED WTR FLW 939.4 956.7 t/hr
총 석탄량 142.8 142.8 t/hr
VACUUM -94 -94 kPa
MAIN STEAM PRS 13.9 14.2 MPa
도어 앞 온도 566 565.3 ℃
재열 공기압 2.1 2.12 MPa
고온 재열 증기 메인 파이프증기 온도 1 563.9 540.81 ℃
HPH OUTL PRS(high pressure heater outlet pressure) 15.8 16.3 MPa
MAIN FEEDWATER TEM A 247.1 247.3 ℃
ECO OUTL TEM(economizer outlet water temperature) 282.3 293.7 ℃
저온 재열 증기 냉단 B측 입구 증기 온도 328.1 326.3 ℃
저온 재열 증기 냉단 B측 입구 압력 2.27 2.32 MPa
저온 재열 증기 냉단 A측 입구 증기 온도 327.8 325.3 ℃
저온 재열 증기 냉단 A측 입구 압력 2.24 2.28 MPa
공기 예열기 B 출구 연소가스 온도1 122 121.1 ℃
공기 예열기 B 출구 연소가스 온도2 123.2 122.1 ℃
공기 예열기 A 출구 연소가스 온도1 125 123.6 ℃
공기 예열기 A 출구 연소가스 온도2 122.5 121.8 ℃
공기 예열기 B입구 바람 온도 30.1 30.5 ℃
공기 예열기 A입구 바람 온도 30 30.4 ℃
1# HPH INL STM PRS 3.65 3.71 MPa
1# HPH INL STM TEM 382.5 381.3 ℃
2# HPH OUTL WTR TEM 223 223.8 ℃
2# HPH INL STM PRS 2.31 2.33 MPa
2# HPH INL STM TEM 327.7 325.8 ℃
3# HPH OUTL WTR TEM 188.5 188.5 ℃
표 1의 원본 데이터에 따라 수행된 열 균형 계산 결과는 표 2와 같다.
열 균형 계산 결과 일람표
테스트 방법 표준 방법 비교 방법 단위
통계 시간 15:00-16:04 16:25-16:43
재열 온도 564.2 540.8 ℃
급수 엔탈피 1072.6 1073.6 kJ/kg
주증기 엔탈피 3504.4 3496.94 kJ/kg
재열 증기 엔탈피 3608.7 3556 kJ/kg
급수 흐름 939.4 956.7 t/hr
1번 고압 히터 추기 엔탈피 3179.4 3177 kJ/kg
2번 고압 히터 추기 엔탈피 3080.1 3076.4 kJ/kg
1번 고압 히터 소수 엔탈피 1033.7 1032.9 kJ/kg
2번 고압 히터 소수 엔탈피 764.7 769.6 kJ/kg
2번 고압 히터 입수 엔탈피 808 808.1 kJ/kg
1번 고압 히터 입수 엔탈피 961.4 965.2 kJ/kg
1번 고압 히터 추기량 48.6 48.4 t/hr
2번 고압 히터 추기량 56.6 59.4 t/hr
재열 증기 흐름 834.2 848.9 t/hr
1번 고압 히터 추기률 5.18 5.26 %
2번 고압 히터 추기률 6.02 6.21 %
재열 증기 입구 엔탈피 3081.8 3077.8 kJ/kg
증기 흡열량 2721093 2724353 kJ
부하 303.3 306.2 MW
증기 터빈 열 소비율 8971.6 8897.3 kJ/kW.hr
열 소비율 변화 -74.3 kJ/kW.hr
재열 온도 변화 -23.4 ℃
증기 터빈 열 소비율에 대한 재열 온도 미세 증가율 31.8 kJ/kW.hr/10℃
배연 온도 123.2 122.2 ℃
AH 입구 바람 온도 30 30.5 ℃
배연 온도차 93.2 91.7 ℃
배연 손실 5.5 5.4 %
보일러 효율 94 94.1 %
석탄 공급량 142.8 142.8 t/hr
입력 열량 2894780 2895168 kJ
계산 발열량 4838.1 4838.7 Cal/t
발전용 석탄 소비량 325.4 322.4 gJ/kW.hr
발전용 석탄 소비량 변화 -3 gJ/kW.hr
배연 온도 영향 -0.3 gJ/kW.hr
증기-기계 영향 -2.7 gJ/kW.hr
발전용 석탄 소비량에 대한 재열 온도 미세 증가율 1.3 gJ/kW.hr/10℃
5, 테스트 분석
5.1테스트 방안의 특징
재열 온도가 발전 효율에 미치는 영향은 필연적으로 명확한 규칙성을 구비하나 가장 엄격한 테스트 과정을 거쳐야만 테스트 입증을 구현할 수 있다.
이를 위해, 테스트 방안의 설계는 정적 모드(완전 수동에 해당됨)의 작동 방법을 적용하였다. 즉 테스트 시작 과정에서 일회 주파수 조정, AGC, 기계-용광로 협력 제어, 자동 송풍이 제거되어 발전기 세트 작동에 대한 모든 중요한 독립 변수는 부하 명령, 발전 출력 피드백 값, 총 연료량, 증기 터빈 밸브 도어 개방도 및 송풍기 개방도 등을 포함하여 모두 정지 상태에 있다.
테스트 증인 발전기 세트의 경우, 작동 파라미터가 변경되는 유일한 이유는 원료 석탄 특성의 변화이다.
순수 지연 특성: 이러한 작동 방법에서, 재열 연소가스의 배플을 조정한 후, 발전기 세트의 보일러와 증기 터빈의 다양한 작동 파라미터, 즉 모든 종속 변수가 원료 석탄의 발열량 및 재열 연소가스의 배플의 영향만 받는 수동 변수이고, 또한 과정 변화에 영향을 미치는 어떠한 자동 조절 역할도 없으므로 발전 시스템의 어떠한 변화도 자동 조절되는 과정과 그에 따른 진동 과정을 유발하지 않는다. 반대로 시스템의 축열 효과의 제약하에서 발생된 단조로운 지연 응답일 수 있다. 즉 테스트 세트의 경우, 시스템은 시간 영역의 순수 지연 특성을 갖는다.
5.2 비교 방법
16:25 ~ 16:43분 사이에 증기 터빈은 여전히 변화 과정에 있으나 테스트 과정은 방해받지 않으며, 변화 방향은 결정된다. 따라서, 근사한 열 균형 계산 및 이론적 분석을 수행할 수 있다. 해당 테스트는 이러한 엄격한 논리에 기반한 비교 방법으로, 방해받지 않은 과정의 데이터, 즉 16:25 ~ 16:43분 사이의 데이터를 선택하였다.
표 1의 데이터는 16:05분에 재열 연소가스의 배플을 작게 개방한 후, 16:43분에 재열 온도의 순간 값이 559.4℃에서 532.9℃로 26.5℃ 떨어짐을 설명한다.
16:25 ~ 16:43분 사이에 재생 시스템의 각 레벨의 추기 온도 변화는 아래와 같다.
#1, #2고압 히터 추기 온도 변하지 않으며; #3, #4고압 히터 추기 온도, #5, #6저압 히터 추기 온도는 각각 14.3℃, 22.6℃, 4.9℃ 및 5.9℃ 동시에 떨어지고, #7, #8저압 히터 추기 온도는 측정점이 없다.
표 2의 열 균형 계산은 상기 조작에 의해 증기 터빈의 열 소비율이 74.3kJ/kW.hr 감소되고; 발전용 석탄 소비량이 3.0g/kW.hr 감소되었음을 설명한다.
여기서, 보일러 배연 온도차가 감소하여 발전용 석탄 소비량이 0.3g/kW.hr 감소되고; 증기 터빈 열 소비율 감소에 의해 발전용 석탄 소비량이 2.7g/kW.hr 감소된다.
5.3 단계별 전달 과정
16:43분 후, 재열 온도 변화 범위가 작동 규정이 허용하는 상한(40℃ 이상의 과열 온도보다 낮지 말아야 함)을 초과하지 않도록 재열 연소가스의 배플을 조정하였다. 조정 과정은 16:43분에 21.6%에서 41.6%로 개방하고, 30분 후 28.9%로 폐쇄하였다.
14:00부터 18:00까지의 전체 테스트 과정에서, #1, #2고압 히터 추기 온도는 여전히 기본적으로 변하지 않았다.
테스트 세트가 지연되는 중요한 요인은 증기 터빈의 재생 시스템의 시간 상수이다. 재생 히터와 각 레벨의 배관망은 축열 용량이 모두 크기 때문에 각각의 재생 히터의 시간 상수는 수십분에 이른다.
따라서 16:43분에 재열 연소가스의 배플을 조정한 후, 조정 과정은 재생 시스템의 각 레벨의 추기 온도에서 단계별 전달 과정을 설명한다. 도 33은 재열 온도 및 각 레벨의 추기 온도 데이터의 추세도이다.
16:43분부터 18:00까지의 테스트 종료 과정에서 단계별 전달 과정은 아래와 같다.
재열 온도는 연속 상승 과정에 진입한다.
#3, #4고압 히터 추기 온도 변화는 연속 하강에서 직선으로 변경된다.
#5, #6저압 히터 추기 온도는 여전히 계속 감소된다.
이러한 재생 시스템은 단계별로 전달되는 조정 과정을 나타내어 증기 터빈의 각 부분의 변화 과정에서 일치하지 않은 과도 과정이 나타난다. 따라서, 해당 테스트 데이터는 불균형 상태를 나타내어 열 균형 계산 및 효과적인 이론적 분석을 수행할 수 없다.
5.4 용량 파라미터 및 형태 파라미터
테스트는 발전기 세트의 작동 과정에서 증기 터빈이 작동되는 작업 상태 파라미터가 용량 파라미터와 형태 파라미터로 구분되어야 함을 설명한다. 용량 파라미터는 증기 또는 급수 흐름과 같이 일정한 출력 파워를 구현하기 위해 변경되는 파라미터를 의미한다. 형태 파라미터는 주증기 및 재열 증기의 온도와 같이 작업 효율을 향상시키기 위해 변경되는 파라미터를 의미한다. 일부 파라미터는 용량 파라미터와 형태 파라미터에 모두 속하는데, 예를 들어, 급수 펌프 출구 압력. 출력 파워 및 작업 효율이 현저히 변할 경우 해당 파라미터 역시 변경된다.
재열 온도는 증기 터빈의 형태 파라미터에 속한다. 물론 용량 파라미터는 부하에 따라 조정되어야 하고 형태 파라미터는 가능한 한 조정되지 말아야 한다. 재열 연소가스의 배플 개방도를 반복적으로 조정하는 형태 파라미터는 오류 작동 조작임을 명확히 알 수 있다.
5.5 에너지 절약 지표의 변화 방향
시스템의 순수 지연 특성에 따르면, 테스트 과정에서 재열 연소가스의 배플을 반복적으로 조정하지 않으면 관련 에너지 절약 지표는 계속해서 최초 조정(16:05분)된 방향을 따라 계속적으로 향상되는 바, 즉 더욱 개선됨을 확정할 수 있다.
6, 테스트 결론
해당 테스트는 아래와 같은 결론을 입증한다.
1) 재열 온도를 낮추면 세트의 열효율이 향상된다.
2) 열 소비율에 대한 재열 온도의 미세 증가율은 > 31.8 kJ/kW.hr/10℃이다.
3) 발전용 석탄 소비량에 대한 재열 온도의 미세 증가율은 > 1.3 g/kW.hr/10℃이다.
4) 재열 연소가스의 배플을 완전히 폐쇄하면 재열 온도가 감소하고 폭이 따라서 증가되며 에너지 절약 범위가 더욱 증가된다.
5) 과열기의 흡열면이 재열기보다 현저히 크므로 재열 온도가 낮아지는 동시에, 과열기의 흡열량이 상승하면 보일러 배연 온도차가 감소하고 효율이 향상된다.
6) 고부하 조건에서, 하층 석탄 공급기의 연료량을 증가시킴으로써 재열 연소가스의 배플을 최대한 폐쇄할 수 있다.
7) 세트가 정상 부하인 경우, 즉 부하가 30 ~ 100% 범위 내에 있으면 기기를 개조하지 않는 조건에서 연소 중심을 낮추고 재열 연소가스의 배플을 작게 개방하는 두가지 작동 조치를 통해 에너지 절약 범위는 발전 부하의 약 1.5%에 달할 것으로 예상된다. 즉 발전용 석탄 소비량을 4.5 ~ 5.0g/kW.hr 줄일 수 있다.
따라서, 해당 테스트는 전역 최적화 이론의 정확성을 입증하는 동시에 발전기 세트의 에너지 절약 및 배출 감소에 거대한 전망을 열어준다.
해당 테스트 과정에서, 재열 연소가스의 배플을 조정한 후, 재열 온도는 여전히 연속적으로 변하는 과정에 있어 안정화하는데 오랜 시간이 걸린다. 따라서, 향후 테스트에서 재열 연소가스의 배플 조절 폭과 시간 및 폭에서의 재열 온도 변화와의 관계를 테스트하는데 유의할 것을 권장한다.
다음은 재생 추기 시스템의 랭킨 사이클에 대한 시뮬레이션 계산과 발전소에서 수행되는 발전 효율 실험 결과를 분석하여 정리한 이론이다.
발전기 세트의 실제 작동 과정에서, 작동 파라미터를 조정한 후 발전기 세트의 출력 파워는 자동 발전 제어 시스템의 자동 제어하에 자동으로 발전 출력을 유지한다. 재열 증기의 온도를 낮추면 중압 실린더 및 저압 실린더의 작업 출력이 감소하나 증기 터빈의 자동 제어 측면에서, 발전 출력을 유지하기 위해서는 주증기압과 주증기 온도 변하지 않으므로 증기 터빈의 조절 도어의 전체 개방도가 증가되어야 하며, 증기 터빈 조절 도어 뒤의 압력이 따라서 증가하고, 증기 터빈의 주증기 흐름은 필연적으로 자동으로 증가한다. 고압 실린더, 중압 실린더 및 저압 실린더의 증기 질량 흐름이 동시에 증가하게 되는데 이는 필연적으로 응결수 흐름과 급수 흐름의 증가로 이어진다.
각 레벨의 재생 히터는 응결수와 급수의 가열 온도를 각 레벨의 추기 압력(증기 유입 측)의 포화 온도 근처(단차가 존재함)에 도달하도록 유지하는 기능을 갖는다. 응결수와 급수가 증가함에 따라 증가된 응결수와 급수의 가열을 유지하기 위해서는 각 레벨에서 추출되는 증기의 흐름을 필연적으로 동시에 증가시켜야 하므로 이로 인해 응결수와 급수의 획득 에너지 또는 전력 소비가 증가한다. 즉, 재생 추기의 작업 비율이 증가한다.
재생 추기는 냉단 손실이 없으므로 그 작업 효율은 100%로 이는 증기 터빈 사이클의 작업 효율보다 높다. 동일한 발전 출력에서 추기의 질량 흐름의 증가는 필연적으로 증기 터빈 사이클의 전체 작업 효율을 향상시킨다.
해당 과정에서, 조절 도어 이후의 압력 상승으로 인해 고압 실린더의 추기 압력과 추기 흐름이 상승되고, 중압 실린더 입구의 압력과 후속되는 각 레벨의 추기 압력이 감소되나 급수 흐름과 응결수 흐름이 모두 상승하므로 각 레벨의 추기 흐름이 모두 상승한다.
아울러, 열원 시스템은 재열 열량을 감소시키는 동시에, 주증기 흐름을 증가시키기 위해서는 동시에 상층 버너의 연료를 줄이고 하층 버너의 연료를 증가시켜야 한다. 재열 증기를 가열하기 위한 열원 시스템의 원래 에너지는 열원 시스템의 증기 증발량을 증가시키기 위해 열원 시스템의 수냉벽을 가열하는 것으로 변경된다.
증기 터빈 효율이 향상되고 발전 출력이 변하지 않으므로 열원 시스템에서 증기 증발량을 증가시키기 위한 열공급으로 인해 증가된 열량은 재열 증기 가열을 위해 감소된 열량보다 적고, 열원 시스템의 총 열량은 감소된다.
요컨대, 재생 추기 작업 효율이 100%이므로, 증기 터빈 사이클의 효율을 향상시키는 직접적이고 효과적인 방법은 재생을 강화하는 것이다. 실제 증기 터빈 사이클의 경우, 재열 시스템의 역할을 줄이면 재생 시스템의 역할이 강화되므로 증기 터빈 사이클의 효율이 확실히 향상될 것이다.
재생 추기가 구비된 시스템의 경우, 재열을 완전히 제거한 후, 재열 증기의 온도를 낮추면 고압 실린더의 작업 출력이 약 2.745% 증가하고, 중압 실린더 및 저압 실린더의 작업 출력이 따라서 감소하며, 결국 고압 실린더의 증가 부분은 중압 실린더 및 저압 실린더의 감소된 부분과 동일하므로 총 출력은 변하지 않고, 증기 터빈 사이클의 작업 효율이 향상된다.
시뮬레이션 계산 결과는 재열기를 완전히 제거한 경우에 재생 추기의 총 흐름과 주증기의 총 흐름을 비교해 보면, 재생 추기 비율은 38.47%에서 42.87%로 증가하고, 증기 터빈 열 소비율은 8032.0 kJ/kWh에서 7621.8 kJ/kWh로 감소되며, 증기 터빈의 열 소비율 감소 폭은 5.107%임을 설명한다. 여기서 열 소비율 감소 정도는 재열기를 제거한 후 재열 압력 손실의 소실 및 발전기 세트의 배압 감소 등 요인을 포함하지 않으므로 열 소비율 감소 정도는 실제 감소 정도에 도달하지 못한다.
발명인은 재생 추기가 없는 시스템에 대해서도 시뮬레이션 계산을 수행하였다. 상기 발전기 세트의 열 성능에 대한 컴퓨터 시뮬레이션 시스템을 이용하여 각각의 재생 추기 회로를 제거한 후, 랭킨 사이클의 열 성능에 미치는 재열 시스템의 영향을 계산하여 증기 터빈 사이클 효율에 미치는 재열 시스템의 영향 역시 현저히 감소하고 감소 폭이 4% 이상임을 입증하였다.
다음은 증기 터빈 사이클 효율에 미치는 재열 시스템의 영향에 대한 보다 대중적인 표현이다.
종래 기술은 재열 증기의 온도를 증기 터빈의 초기 파라미터로 사용하는데, 이는 관련된 이론적 문제에 대한 모호한 이해로 인한 기술적 편견때문이다. 실제로 주증기 온도를 초기 파라미터로 사용하는 것에 비해, 저압 실린더 배기 증기 압력과 배기 증기 습도가 최종 파라미터로 사용되고, 재열 증기의 온도는 중간 파라미터로만 사용될 수 있다. 그 이유는 재열 증기의 온도를 높이는 것은 실제로 중간 파라미터를 증가시키는 것인 바 이는 정확한 선택이 아니므로 필연적으로 증기 터빈 사이클의 열효율 감소를 초래한다.
재열 증기의 온도를 주증기의 정격 온도와 동일한 정격 온도로 유지시켜 작동될 경우, 고압 실린더에서 배출되는 저 과열도의 증기를 열원 시스템으로 재수송하고, 저온 과열기와 고온 과열기를 통해 흡열해야만 증기의 온도를 고압 실린더의 배기 증기 온도에서 주증기의 정격 온도로 상승시킬 수 있다. 해당 부분의 에너지는 중압 실린더로 유입된 후, 저압 실린더 작업을 거쳐 증기 터빈 냉단의 배기 증기로 된다. 열원 시스템에 의해 출력되는 해당 부분의 열 에너지 작업 행정은 고압 실린더를 거치지 않고 중압 실린더 및 저압 실린더에 의해 직접 단락되고, 나머지 열량은 냉단으로 유입되어 손실을 유발하므로 에너지의 이용 효율이 감소된다. 그 결과 증기 터빈의 저압 실린더 배기 증기의 엔탈피 값이 증가하고 습도가 감소하며 증기 터빈의 냉단 손실이 증가한다. 따라서, 실제로 재열 증기가 정격 주증기 온도에 가까운 온도로 작동되면 증기 터빈 사이클의 작업 효율이 감소하고 발전기 세트의 에너지 소비가 상승한다.
따라서, 재열 증기의 온도는 높을수록 좋은 것이 아니며 또한 기본적으로 대폭 감소될 수 있어 이는 본 발명과 종래 기술의 본질적인 차이를 구성한다.
본 발명은 열원 시스템의 에너지 전달 방법을 변경함으로써 증기 터빈의 작업 효율을 향상시킨다. 본 발명은 열원 시스템의 연소 화염 중심을 줄여야 하므로 이론적으로나 전체적으로 열원 시스템의 효율을 향상시켜야 한다. 따라서 본 발명을 응용하여 발전기 세트의 전체적인 열효율 상승폭을 증기 터빈 사이클의 효율 상승 수준보다 높게 향상시킨다.
본 발명의 명세서에서 제안하는 증기 터빈의 사이클 효율에 대한 재열 증기의 온도 변화 영향에 관한 모든 데이터는 모두 시뮬레이션 계산 결과와 실제 실험 결과에 따라 제안된 것이다.
본 발명은 발전기 세트의 상이한 출력 조건에서 재열 증기의 온도를 주증기의 정격 온도로 유지하는 종래 기술을 극복하고, 증기 터빈의 재열 증기 온도의 작동 방법에 대한 종래 기술의 의문과 모호성을 해소하였으며 재열 증기의 온도를 낮추어 증기 터빈 효율을 향상시키는 기술적 공백을 메워준다.
우선, 이미 구성된 발전기 세트의 경우, 대량의 시뮬레이션 계산에 따라 본 발명은 발전기 세트의 발전 출력 요구를 충족시키는 전제하에 재열 증기의 온도를 현저히 낮춰 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다. 예를 들어, 재열 증기 시스템을 제거할 때까지 상기 온도를 10 ~ 280℃(상이한 압력에서 포화 온도가 상이하므로 실제 감소된 범위 역시 상이함) 낮춘다.
시뮬레이션 계산은 또한 재생 추기 시스템을 구비하는 증기 터빈 사이클의 경우, 재열기를 제거하고 새로운 이코노마이저를 추가 설치하여 주증기 온도를 포화 온도로 낮춤으로써 증기 터빈 효율을 4 ~ 5% 향상시킬 수 있음을 설명한다. 그 이유는 주증기 온도를 낮추면 급수량이 증가하여 상승하고 재생 추기량이 상승하여 재생 추기 시스템의 역할이 증대되기 때문이다.
이 밖에, 주증기의 감온수를 능동적으로 증가하여 주증기를 습증기로 형성되도록 함으로써 재생 추기량을 더욱 증가할 수 있고 재생 추기 시스템의 역할을 증가하고 증기 터빈 사이클의 작업 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 재열기를 새로운 이코노마이저로 변경할 경우, 엄격한 고부하, 저부하 조건에서 열 계산을 수행해야 하며, 급수량, 급수 온도, 과열 증기 온도 등 파라미터를 정상적으로 구현하여 열 시스템의 안전과 최적화를 보장해야 한다.
급수량 상승 수요를 충족시키기 위해, 급수 펌프의 조절 도어를 크게 개방하거나 급수 펌프의 용량을 증가할 필요가 있다. 급수 펌프의 조절 도어를 크게 개방하거나 급수 펌프의 용량을 증가하는 것은 재생 추기 시스템의 역할을 증가하는데 유리하므로 증기 터빈 사이클의 효율을 향상시킬 수 있다.
랭킨 사이클을 개선하면 재생 추기 작업이 증가되고, 증기 터빈 사이클의 효율이 현저히 개선된다. 동시에, 증기 터빈 저압 실린더의 배기 증기의 용적 흐름이 현저히 감소되고, 증기 터빈 각 레벨의 압력 하강이 현저히 감소되어 증기 터빈 유입 증기 조절 밸브의 전체 개방도가 작아진다. 급수 펌프의 출력이 증가되어 증기의 초기 압력이 상승하고 증기 터빈 임펠러의 단수를 증가시킬 수 있으므로 증기 터빈의 출력과 작업 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
대형 증기 터빈 저압 실린더의 종단 블레이드의 물침식과 습증기가 증기 터빈 작업 효율에 미치는 영향에 대한 연구 역사는 신뢰할 수 있는 실험 증거가 부족하다. 즉 증기 터빈 임펠러 내부에 위치한 실제 습증기에 대한 실제적이고 완전히 수용 가능한 관찰 연구가 없는데, 그 이유는 적어도 증기, 심지어 습증기라도 2차 물방울이 형성되지 않는 한 육안이나 일반적인 물리적 수단으로 직접 관찰할 수 없기 때문이다. 발명인은 현재 효과적인 직접 또는 간접적인 관찰 방법이 없다고 간주한다.
실험적 기초가 부족하므로 증기 터빈 저압 실린더의 종단 블레이드의 물침식과 습증기가 증기 터빈의 작업 효율에 미치는 영향에 관한 많은 연구는 습증기가 증기 터빈 저압 실린더의 종단 블레이드 근처의 작업 단계에 있다는 기본 사실에서 벗어날 가능성이 높다. 종래 기술에서 습증기에 관한 이론적 연구는 논문 Baumann,K. "Recent developments in steam turbine practice", Journal of Institution of Electrical Engineers, 1912, vol. 48, p. 830., 논문 Baumann,K. "Some recent developments in large steam turbine practice", Journal of Institution of Electrical Engineers, 1921, vol. 59, p. 565-623., 논문 Bohn,D.E., "Nucleation phenomena in a multi-stage low pressure steam turbine", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers; Aug, 2003; 217, 4; Proquest, pg. 453., 논문 Crane,R.I., "Droplet deposition in steam turbines", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers; Aug, 2004; 218, 8; Proquest, pg. 895., 전문 저서 Alexander Leyzerovich, "Wet-Steam Turbines for Nuclear Power Palnts", Penn Well Corporation, 2005. 및 논문 Averkina, N. V., "Wet-Steam Turbine Erosion of Steam Turbine Diskand Shaft", Power Technology and Engineering, vol. 44, No. 5, January, 2011.에 기재된 내용을 참조할 수 있다.
증기 터빈의 작업 효율에 미치는 증기 습도의 영향에 있어서, 기존에 일부 이론은 습도가 증기 터빈 임펠러의 작업 효율을 감소시킬 것이라고 간주하였다. 그러나 우선 이러한 이론은 실천이나 테스트에 의해 검증되지 않았고, 둘째, 가령 존재한다고 하더라도 그 영향은 생각보다 현저히 낮으며 그 영향의 정도는 매우 제한적이여서 랭킨 사이클의 효율을 향상시키기 위한 본 발명 역할의 기본 수준에 영향을 미칠 수 없다.
발명인은 증기 터빈 저압 실린더의 증기 습도 자체가 기본적으로 작업 효율에 영향을 미치지 않는다고 간주하는데, 그 이유는 적어도 화석 연료 증기 터빈의 습증기는 원래 과열 증기지만 엔탈피 값이 증기의 포화 엔탈피 값 이하로 감소될 때 그 물리적 상태와 과열 증기는 기본적으로 동일해야 하는 바, 즉 균질한 동상 가스이기 때문이다. 여기서 동상은 기체와 액체 외의 세번째 유형의 기체, 즉 습증기 분자와 건증기 분자가 물방울 없이 동적이고 균질한 기체를 형성하는 것을 의미한다.
이러한 유형의 습증기의 물리적 상태는 정적 조건에서 응결된 물방울을 형성하는 습증기의 물리적 상태와 상이하다. 우선 증기 터빈 내에서 습증기의 체류 시간은 매우 짧고, 증기는 100 s/m 이상의 축 방향 속도로 앞으로 유동하며, 증기가 습증기로 형성되어서부터 증기 터빈을 떠나 저압 실린더의 배기 증기로 되기까지 0.1 s를 초과하지 않는다. 정적 조건에서 습증기는 응결 과정이 발생되어 물방울을 형성하므로 건증기와 습증기가 분리되나 증기 터빈 내의 습증기는 격렬한 고속 운동과 블레이드의 연속 교반 및 교란 과정에 있으므로 습증기 분자와 건증기 분자는 균일하게 혼합되어 응결 후 물방울을 형성하지 않는다. 습증기 분자와 건증기 분자는 물방울 없이 동적이고 균질한 유체를 형성한다. 동적이란 물로 변하는 증기 분자 중 엔탈피 값이 낮은 분자가 불안정함을 의미한다.
모든 증기 분자에서, 습증기 분자와 건증기 분자는 상호 변환되는 과정에 있으므로 응결된 증기는 독립적인 상을 형성하지 않거나 증기가 물방울로 응결되지 않는다. 습증기는 균질한 동상 가스로서 작업 능력 면에서 건증기와 차이가 없으며 증기 터빈의 작업 효율을 저하시키지 않는다.
물침식 문제점에 관하여, 본 발명의 응용은 증기 터빈 저압 실린더의 배기 증기 습도를 상승시키며, 종래의 물침식 이론에 따르면, 종단 블레이드의 심각한 물침식 현상을 유발하나 실제로는 피할 수 있다.
증기 터빈 저압 실린더의 종단 블레이드에서 확실히 물침식 현상이 발생할 수 있으나 습증기가 응결되지 않는다는 상기 분석에 따르면, 습증기는 1차 물방울은 물론 2차 물발울도 형성하지 않으므로 증기 터빈 블레이드를 손상시키지 않는다. 저압 실린더의 종단 블레이드의 물침식 문제에 관한 기존의 이론은 저압 실린더의 종단 증기 습도, 특히 2차 물방울의 습도로 인해 물침식 현상이 유발된다고 간주하나, 이러한 이론은 실천 또는 테스트 근거가 없이 단지 증기 터빈의 실린더 블록을 개방한 후 블레이드의 물방울 침식을 관찰한 것으로, 이는 침식을 유발한 시간과 과정을 알지 못하고 원인을 직관적이고 경험적으로 판단한 것이다.
이러한 경험적 판단과 이론에는 명백한 문제점이 존재한다. 예를 들어, 많은 물침식 현상이 저압 실린더의 종단 블레이드의 증기 배출 가장자리, 심지어는 블레이드의 근부에 발생된다. 증기 배출 가장자리 근부의 물침식에 대해 원래의 이론은 습증기의 역류가 존재한다고 간주하나 실제로 증기는 100 s/m이상의 축 방향 속도로 앞으로 유동하여 역류가 존재하지 않는다. 이 밖에, 전속 원자력 증기 터빈 세트의 고압 실린더 또한 높은 증기 습도와 “2차 물방울”조건에서 작동되고, 배기 증기 습도는 25% 이상이어야 하며, 일반 증기 터빈의 저압 실린더의 배기 증기 습도보다 현저히 높고, 2차 물방울이 존재하는 경우, 원자력 고압 실린더의 종단 근처 증기의 밀도가 물의 밀도보다 두자릿수 낮기 때문에 2차 물방울의 운동 조건 및 물침식 메커니즘은 저압 실린더의 종단과 본질적으로 다르지 않으나, 일반 증기 터빈의 저압 실린더의 종단 블레이드에 발생된 것과 같은 물침식 현상이 종래로 발생되지 않았다.
원자력 발전기 세트의 연구 제조 과정에서, 처음에 전문가들이 가장 걱정한 것은 고압 실린더의 습증기에 의한 블레이드의 물침식 문제점이였으나 세트가 작동된 후 물침식이 발생되지 않았다. 따라서, 원자력 발전기 세트의 고압 실린더는 저압 실린더의 종단 블레이드의 물침식 현상이 발생되지 않았는 바, 이는 고습도 증기 자체가 증기 터빈 블레이드에 물침식 문제를 일으키지 않음을 입증한다. 이 밖에, 산업 폐열 중 낮은 파라미터(일반적으로 몇 MPa)의 산업 폐열을 대량으로 이용하여 포화 습증기를 생성하는 응축 증기형 증기 발전 시스템에서, 증기 터빈은 단일 실린더의 습증기의 증기 터빈으로, 그 배기 증기 습도는 14% 이상이여야 하는 바, 일반적인 대형 발전기 세트의 저압 실린더의 배기 증기 습도보다 높으나 정상적 작동이 불가능한 심각한 물침식 현상이 발생하지 않았다. 따라서, 증기 터빈의 저압 실린더의 종단 블레이드의 물침식 현상은 증기 자체의 원래 습도에 의해 초래된 것이 아니다.
연구와 실제 분석을 거쳐 발명인은 물침식 현상의 형성 메커니즘은 증기 터빈이 빈번하게 차단 배압 조건에서 작동되어 초래되는 증기의 충격파 효과에 의한 것으로 간주한다.
증기 터빈 배압의 설계로 인해 차단 배압은 설계 배압보다 약간만 낮아져, 응축기의 냉매 온도가 낮은 경우에 발전기 세트는 증기 터빈의 배압이 차단 배압 이하로 작동되는 현상이 발생한다. 예를 들어, 300 MW 유닛의 설계 배압은 4.9 kPa이고, 평균 환경 온도는 13℃이며, 차단 배압은 4.5 kPa이다. 순환수의 온도가 10℃ 미만일 때, 세트의 발전 부하가 15만 kW이면 세트가 한대의 순환수 펌프를 켤 경우 배압은 차단 배압보다 낮아진다.
따라서, 모든 발전기 세트는 환경 온도가 낮을 때 모두 차단 배압보다 낮은 배압에서 작동될 가능성이 있다. 차단 조건에서는 저압 실린더의 종단 블레이드를 통과할 때 증기가 음속에 가까워지면서 저압 실린더의 종단 블레이드를 에워싸는 주위에 아음속 충격파 현상이 발생한다. 충격파 작용으로 증기는 기본적으로 완전히 액화되어 공진 과정에서 블레이드에 심각한 침식과 손상을 초래하는데, 물침식 현상이 바로 이러한 상황에서 형성된 것이다.
저압 실린더의 종단 블레이드의 물침식 문제에 관한 문헌보고에 따르면, 물침식의 심각도에 대한 통계적 분포의 지리적 법칙은 증기 터빈이 위치한 지역의 위도 분포와 매우 일치하다. 고위도인 북부 지역은 발생 확율이 높기 때문에 증기 터빈 배압의 실제 작동 수준 및 차단 조건 발생 확률과 밀접한 관련이 있다.
따라서, 증기 터빈의 배압이 차단 배압 이상으로 유지되면서 작동되는 한, 실제 저압 실린더의 종단 블레이드의 증기 습도 상한은 현저히 증가할 수 있으며 물침식 현상이 발생하지 않는다.
차단 방지 작동 및 차단 방지 작동 규정의 경우, 증기 터빈 배압을 차단 배압 이상으로 유지하면서 작동, 즉 차단 방지 작동은 발전기 세트의 실제 작동에서 완전히 달성할 수 있는 바, 단지 증기 터빈 제조업체에서 제공되는 차단 배압 데이터에 따라 차단 방지 작동 규정, 즉 순환수 펌프 또는 공랭식 팬을 위한 변환기 추가 설치, 순환수 펌프의 수 및 회전 속도 제어 및 순환수 냉수 온도 제어 등 측면을 포함한 적절하고 보수적인 작동 규정을 정하기만 하면 된다. 가변 주파수 속도 조절과 같은 냉매의 연속 조절 능력을 기반으로 전문 소프트웨어에 기반하여 구현된 증기 터빈 작동 배압 연속 최적화 제어 시스템(중국 발명 특허: CN105569748B, CN171343055B)을 적용하여 차단 배압 이하에서의 작동을 완전히 방지하여 연속적으로 최적화된 진공 제어, 즉 경제적 이익을 최대화하고 물침식을 완전히 방지할 수 있다.
따라서, 저압 실린더의 종단 블레이드 위치의 증기 자체 습도는 물침식과 무관하다. 차단 방지 작동이 구현되는 한, 물침식 문제는 완전히 소실될 것이며, 저압 실린더의 배기 증기 습도 증가로 인해 악화되지 않는다.
이 밖에, 거의 모든 증기 터빈은 모두 물침식 현상이 존재하는 상태에서 장기간 정상적으로 작동되며, 물침식 문제는 증기 터빈의 작동 안전성에 영향을 미치는 결정적 요인이 아니며, 물침식 문제는 증기 터빈의 재열 온도를 낮추고 배기 증기 습도를 높이는 에너지 절약 방법의 정상적인 작동을 방해할 수도 없다.
그러나, 본 발명을 구현하는 과정에서 사용자의 물침식에 대한 걱정을 해소하기 위해 차단 방지 작동 방법을 기반으로, 단계적으로 재열 온도를 점차 낮추고 배기 증기 습도를 높이는 것이 바람직하다.
일반적으로 증기 터빈 제조업체의 설계에서 증기 터빈 저압 실린더의 배기 증기 습도는 12%를 설계 상한으로 하고, 증기 터빈의 실제 설계된 배기 증기 습도는 6 ~ 9%이며. 증기 터빈이 만부하로 작동될 때 저압 실린더의 배기 증기 습도는 가장 높으며 6 ~ 9%에 도달할 수 있다. 일반적인 경우에는 우선 12%를 배기 증기 습도의 상한으로 사용하여 재열 온도를 낮추는 작동 테스트를 수행하는 것을 고려할 수 있다. 이 경우 물침식 문제를 관찰할 수 있다.
상기와 같이 1개월 또는 기타 적절한 작동 시간이 경과하여 세트가 작동을 멈춘 후, 실린더를 노출시키지 않는 조건에서 증기 터빈의 저압 실린더의 종단 블레이드를 증기 배출측에서 물침식 검사를 수행한다. 증기 터빈의 저압 실린더의 종단 블레이드에 대한 새로운 사진과 오래된 사진을 비교하여 새로운 물침식 현상이 발생하지 않음을 확인함으로써 습도 증가가 블레이드의 물침식을 유발하지 않는다는 것을 입증할 수 있다. 배기 증기 습도를 더욱 증가시킴으로써 본 발명의 응용 깊이를 증가시킬 수 있으며, 이러한 과정을 통해 본 발명의 심층 응용을 최종적으로 구현할 수 있다.
고온 재열기를 새로운 과열기로 변경하면 재열기의 흡열을 감소시키는 동시에, 열원 시스템의 원래 공간을 이용하여 흐름 증가로 인해 열원 시스템의 주증기 과열기의 흡열량이 불충분할 수 있는 문제를 해결할 수 있다.
저온 재열기를 고온 이코노마이저로 변경하면 재열기의 흡열을 감소시키는 동시에, 열원 시스템의 원래 공간을 이용하여 보일러 급수에 대한 열원 시스템의 흡열량을 증가시킬 수 있다.
재열 증기 온도와 증기 터빈 작업 효율의 문제점에 대한 심층적 이론 분석 및 공정 시뮬레이션 계산은 대표적인 600 MW초임계 세트의 경우, 재열기의 흡열량이 0인 경우(재열 시스템이 완전 제거된 경우에 가까움), 배기 증기 습도는 약 15% 증가하고 약 24%에 도달하여 대형 열 에너지 동력 발전기 세트의 효율을 약 5% 향상시킬 수 있으며 이는 전력 공급을 위한 석탄 소비량을 15 ~ 16.5 g/kWh 감소시키는 것에 해당된다.
시뮬레이션 계산 결과는 또한 재열 시스템의 흡열 특성과 세트의 발전 부하 사이에 역 특성을 나타냄을 설명한다. 즉 일정한 재열 시스템의 경우, 저 부하 조건에서의 흡열량은 고 부하 조건에서의 흡열량보다 높고, 보일러 총 열량에서의 비율보다 높다. 본 발명을 수행하여 재열 시스템의 흡열량을 감소시키므로 저 부하 조건에서 연소가스 온도가 상승한다. 대형 연탄 발전기 세트에 연소가스 탈질 시스템을 추가한 후, 저 부하 조건에서 배연 온도가 불충분하여 탈질 시스템의 작동 효과가 불량인 상황이 발생한다. 재열 온도를 낮추거나 재열을 취소한 후 저 부하 조건에서 세트의 배연 온도 및 탈질 시스템의 작동 조건을 향상시킬 수 있으므로 본 발명을 수행하여 발전기 세트의 에너지 효율을 향상시키는 동시에 탈질 시스템의 작동 품질을 향상시킬 수 있다.
이러한 수단에서, 저 부하 조건에서 연소가스 온도의 상승이 탈질 시스템에 의해 효과적으로 이용되는 동시에 연소가스 온도의 상승은 또한 대기로 배연되는 굴뚝의 배연 온도를 상승시키고 연소가스의 상승 작용 및 확산 효과를 높이며 오염물의 착륙 농도를 줄여 발전소 주변의 환경 보호에 유리하다. 따라서 발전기 세트에 대한 본 발명의 효과는 전체 발전 효율의 향상과 탈질 시스템 작동 품질을 개선함으로써 발생되는 효과의 합을 포함한다.
따라서, 본 발명의 방법은 발전 효율을 제공하면서 탈질 시스템의 최상의 작동 품질을 보장할 수 있으며, 암모니아 유출로 인한 암모니아 유출 유출율과 촉매 및 공기 예열기의 오염, 먼지 누적, 막힘 및 부식을 최소화한다. 또한 촉매의 사용 수명을 연장하고 공기 예열기의 효율을 향상시키며 환기 저항과 에너지 소비 등을 줄일 수 있다.
이미 구성된 세트의 경우, 본 발명은 재열 시스템을 적당히 보류하는 실시형태를 배제하지 않는다. 그 이유는 재열 시스템을 완전히 제거하면 재생 히터의 열교환, 흐름 및 소수 흐름이 원래 재생 히터의 관련 설계 용량을 초과할 수 있기 때문이다.
설명해야 할 것은, 이미 구성된 세트의 경우, 고온 재열기가 제거된 후, 저온 재열기 출구를 중압 실린더 입구에 직접 연결한다.
이미 구성된 세트의 경우, 고압 실린더의 배기 증기 덕트와 중압 실린더의 유입 증기 덕트 사이에 조절 도어를 구비하는 하나의 재열 바이패스 덕트를 추가 설치할 수도 있다. 발전기 세트의 작동 과정에서 조절 재열 바이패스 덕트의 조절 도어를 통해 고압 실린더의 배기 증기의 일부가 중압 실린더로 직접 유입되어 재열기의 흡열 면적을 줄이거나 재열기의 흡열 면적을 줄이지 않으면서 재열 증기의 온도를 더 효과적으로 낮출 수 있다. 이러한 개조 방법은 고온 재열기를 탈착하지 않거나 고온 재열기를 탈착한 기초 상에서 구현될 수 있으며 이러한 개조 방법은 투자가 적고 효과가 좋은 방법이다.
고온 재열기, 저온 재열기 및 태양광열 세트의 열 교환기가 완전히 제거된 경우, 고압 실린더의 배기는 중압 실린더 입구에 직접 연결된다. 따라서, 재열기의 압력 손실도 피할 수 있으며, 재열기의 압력 손실이 세트 효율에 미치는 부정적 영향도 피할 수 있다. 시뮬레이션 계산은 재열 압력 손실로 인해 증기 터빈 사이클의 열 소비율이 1.3% 상승하므로 재열기를 제거하면 증기 터빈 사이클의 효율을 직접적으로 1.3% 향상시킴을 설명한다.
따라서, 아임계 이상의 화석 연료 또는 태양광열 발전기 세트의 경우, 본 발명을 전반적으로 응용하여 발전 에너지 소비를 5 ~ 20% 감소시킨다.
본 발명의 본질은 증기 터빈의 냉단 배압을 합리적으로 제어하고, 물침식을 직접 방지하는 기초 상에서, 주증기 온도를 낮추는 것과 같은 상이한 방법으로 증기 터빈 저압 실린더의 배기 증기 습도를 증가하고 증기 터빈의 냉단 손실을 감소시키며 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시키는 기술적 경로를 제안하는 것이다.
이러한 기술적 경로에 따르면, 급수 펌프 용량을 증가시키는 것과 같은 다양한 실행 가능 방법으로 재생 시스템의 작업 비율을 증가시키고 증기 터빈 사이클 효율의 최대화를 구현할 수 있다.
본 명세서의 소개와 본 발명의 원리에 따르면, 본 발명의 기술적 해결수단은 복합 사이클 세트의 증기 발생 시스템에 적용된다. 복합 사이클 세트에 대한 개조를 통해 발전 효율이 일정한 수준으로 향상될 것이다.
마찬가지로, 본 발명의 기본 수단은 원자력 발전기 세트에 적용된다. 원자력 발전기 세트의 고압 실린더의 배기 증기는 증기-물 분리 재열기에 유입되어 새로운 증기와 고압 실린더 추기 작용을 통해 과열 증기로 된다. 해당 과열 증기는 저압 실린더에 유입되어 작업을 수행한 후, 습도가 화석 연료 발전기 세트의 저압 실린더의 배기 증기 습도에 가까운 습증기가 된다. 본 발명은 증기-물 분리 재열기에 첨가되는 새로운 증기를 줄이거나 제거하여 재열 증기의 온도를 낮추고 저압 실린더의 배기 증기 습도를 높이며 증기 터빈의 열효율을 향상시키고 냉원 손실을 줄이며 핵연료를 절약하고 환경 보호를 개선하는데 유리하다.
본 발명은 재생 가능한 새로운 에너지인 태양광열 발전기 세트에 적용되어 재생 가능한 새로운 에너지의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 재열 증기의 온도, 및 증기 터빈 중압 실린더 및 저압 실린더의 온도를 낮추어 세트 및 증기 터빈의 안전성, 신뢰성 및 기기의 사용 수명을 향상시킨다.
요컨대, 발명인은 먼저 종래 발전기 세트의 열원 시스템, 증기 터빈 사이클 및 DCS 시스템의 열 성능의 컴퓨터 소프트웨어 시뮬레이션 시스템을 구현하고, 이러한 획기적인 성과의 구현을 기반으로 소프트웨어에 의해 수행된 다량의 시뮬레이션 계산을 응용하여 메인 열 증기 온도의 열적 특성을 발견하고 주증기 온도의 열효율 특성에 대한 근거를 획득하였으며, 수년간의 연구 과정을 거친 끝에 주증기 온도의 열적 특성을 구현하였다. 발전기 세트의 실제 작동을 분석한 결과 해당 결론의 정확성이 정확하다는 것이 입증되었는 바, 즉 이론적으로 입증되었다.
발명인이 사용하는 발전기 세트의 열 성능 시뮬레이션 시스템 소프트웨어는 개발 과정에서 개별 기업이나 개인의 노력이 아니라 글로벌 범위 내의 컴퓨터 소프트웨어 산업으로부터 전력 DCS 기업에 이르기까지 "인터넷 +" 시대의 정보 조건, 다양한 연구 기구의 장기적인 노력과 관련된 역사적 사회적 분업과 협력을 바탕으로 한다. 따라서 발명인의 작업은 인간 정보 기술 혁명 성과를 기반으로 한다.
다량의 시뮬레이션 계산과 장기간의 연구를 기반으로 주증기 온도의 열적 특성을 이론적으로 입증하였다. 이에 따라 해당 시뮬레이션 연구는 발전기 세트의 실제 작동 과정에서 소규모 및 대규모 범위의 주증기 온도 조절에 대한 첫번째 테스트를 대체하므로 해당 기술은 필요한 테스트를 통과한 후 실제 응용에 도입될 수 있다. 이러한 배경을 기반으로 발명인은 해당 이론적 사상을 글로벌 전력 산업에 제공할 수 있는 것이다. 발명인의 작업은 정보 기술 혁명 시대의 수단을 통해 업계가 이러한 기술적 편견에서 벗어날 수 있도록 돕는 유일한 방법을 구현하는 것이다.
증기 터빈 작업 효율과 증기 터빈 저압 실린더의 종단 블레이드 물침식에 대한 습증기의 영향에 대한 발명인의 분석은 발전기 세트의 냉단 시스템 최적화 측면에 대한 독창적인 이론적 연구와 실천 경험을 기반으로 한다. 이는 본 발명을 이해하고 구현하는데 매우 중요한 의미를 가지며 또한 사용자가 본 발명을 구현하는데 유리하다.
재열 증기 시스템은 증기압이 낮고 증기 체적 흐름이 많으므로 시스템이 크고 복잡하여 발전기 세트의 구조와 제어 기술이 복잡하다. 이미 구성된 세트와 신규 세트의 경우, 본 발명에 따르면, 증기 파라미터가 아임계 이상에 도달하는 대형 발전기 세트에서 재열 증기 시스템을 완전히 제거함으로써 대형 발전기 세트를 가장 단순화하고 발전 성능을 가장 효과적으로 향상시킬 수 있으며, 재열이 완전히 없고 완전히 습증기를 적용하는 저압 실린더의 더 높은 열효율 기술 패턴을 형성하는 것은 향후 대형 발전기 세트의 기본 기술 패턴이 될 것이다.
본 발명 이론의 도출은 증기 터빈 발전 공정 기술에 대한 발명인의 포괄적인 과학 연구 및 진전을 기반으로 한다. 습증기 특성에 관한 공정 열역학 과실의 발견 내지 재열 증기 이론의 돌파; 재생 추기의 열효율 증가 효과 최대화 내지 냉단 손실의 최소화; 증기 터빈 내에서 증기의 체류 시간으로부터 물침식 충격파 이론에 이르기까지 모두 세계 및 업계에서 획기적인 발전을 이루었다. 이는 과학적 이론 전체로서 소형 증기 터빈 발전 기술의 효율에 있어 역사적으로 거대한 개선을 가져올 수 있을 것으로 전망된다.
본 발명은 보다 경제적이고 신뢰성이 높으며 환경 친화적인 소형 증기 터빈 발전 시스템을 구현하여 글로벌 전력 산업의 안정성, 신뢰성 및 환경 친화성을 개선하고 지구 환경을 보호하는데 중요한 역할을 한다.
전력은 향후 인간 에너지의 주요 모드이다. 본 발명은 인간의 전력 생산의 과학적, 기술적 수준을 개선하고 지구 환경을 보호하기 위해 장기적이고 중요한 지도적 의미를 갖는다.
본 발명의 실시예를 구현하는 바람직한 방법
차단 방지 작동 및 차단 방지 작동 규정의 경우, 증기 터빈 배압을 차단 배압 이상으로 작동하도록 유지, 즉 차단 방지 작동은 발전기 세트의 실제 작동에서 완전히 달성할 수 있는 바, 단지 증기 터빈 제조업체에서 제공되는 차단 배압 데이터에 따라 차단 방지 작동 규정, 즉 순환수 펌프 또는 공랭식 팬을 위한 변환기 추가 설치, 순환수 펌프의 수 및 회전 속도 제어 및 순환수 냉수 온도 제어 등 측면을 포함한 적절하고 보수적인 작동 규정을 정하기만 하면 된다. 세트의 가변 부하 및 추기 열 공급으로 인해 세트의 차단 배압이 배기 증기량의 변화에 따라 변하게 되는데, 이러한 요인으로 인해 차단 배압 변화를 추적하고 냉매를 연속으로 조정 가능하게 제어할 필요가 있다. 따라서, 냉단 시스템의 냉매 흐름의 자동 제어를 구현하기 위해 냉매 수송 출력 및 발전용 석탄 소비의 포괄적 비용을 보장할 수 있는 냉단 최적화 소프트웨어 시스템을 적용하는 것이 바람직하다.
이미 구성된 발전기 세트에서 본 발명을 구현할 경우, 재생 추기 시스템의 소수 용량이 충분하지 않은 문제점이 나타나는지 여부에 유의해야 한다.
재열 증기 바이패스를 증가시키는 방법을 적용하여 본 발명을 구현하는 것은 투자가 적고 위험이 낮으며 작동 방식이 원활한 방법이다. 구현 과정에서 고온 과열기를 제거하지 않으면 고온 과열기가 과열되지 않도록 유의해야 한다.
재열이 완전히 제거된 경우, 본 발명을 구현하는 과정에서 유의해야 할 점은, 재열 시스템이 제거된 조건에서 고압 실린더의 작업이 약 2.745% 증가해야 하며 원래 고압 실린더 전력의 실계 능력을 초과해서는 안된다.
재생 추기량은 약 30% 증가해야 하며, 이는 원래의 증기 터빈 재생 추기 시스템의 소수 용량을 초과할 수 있다.
증기 터빈 작업 효율과 증기 터빈 저압 실린더의 종단 블레이드 물침식에 대한 습증기의 영향에 대한 발명인의 분석은 본 발명에 대한 이해와 본 발명의 구현에 중요한 의미를 가지며 또한 사용자가 본 발명을 구현하는데 유리하다.
본 발명은 유량이 큰 습증기로 발전하여 발전 효율을 향상시킨 동시에 종래 기술의 적은 유량의 건 증기에 비해 시스템에 필요한 입력 에너지를 크게 감소시켜 에너지 절약 발전 효과를 구현한다.
본 발명을 다양한 화석 연료를 이용한 대형 발전기 세트에서 구현함으로써 구현된 세트의 탄소 배출을 줄임으로써 총 탄소 배출량을 줄여 지구의 대기 환경 보호에 유리하다.
마찬가지로, 본 발명의 기본 수단은 원자력 발전기 세트에 적용된다. 원자력 발전기 세트의 고압 실린더의 배기 증기는 증기-물 분리 재열기에 유입되어 새로운 증기와 고압 실린더 추기 작용을 통해 과열 증기로 된다. 해당 과열 증기는 저압 실린더에 유입되어 작업을 수행한 후, 습도가 화석 연료 발전기 세트의 저압 실린더의 배기 증기 습도에 가까운 습증기가 된다. 본 발명은 증기-물 분리 재열기에 첨가되는 새로운 증기를 줄이거나 제거하여 재열 증기의 온도를 낮추고 저압 실린더의 배기 증기 습도를 높이며 증기 터빈의 열효율을 향상시키고 냉원 손실을 줄이며 핵연료를 절약하고 환경 보호를 개선하는데 유리하다.
본 발명은 재생 가능한 새로운 에너지인 태양광열 발전기 세트에 적용되어 재생 가능한 새로운 에너지의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시형태는 본 명세서에 소개된 구체적인 형태에 한정되지 않고 본 발명의 이론적 본질에 기초한 다양한 형태를 포함한다.
본 발명의 실시예 22 내지 실시예 32는 또한 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법에 관한 것이다.
실시예 22
본 발명의 실시예는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 22를 참조하면, 도 22는 본 발명의 실시예 22에서 제공되는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법의 흐름 모식도이다.
도 22에 도시된 바와 같이, 열원 시스템, 증기 터빈 사이클 시스템, 냉단 시스템을 포함하고, 상기 증기 터빈 사이클 시스템은 주증기 시스템, 증기 터빈 실린더 블록 시스템, 재생 추기 시스템 및 축 밀봉 증기 시스템을 포함하며, 증기 터빈의 작업 매체는 수증기 또는 기타 저비점 매체이고, 상기 증기 터빈 실린더 블록 시스템은 고압 실린더를 포함하는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법으로서, 상기 방법은,
S2000: 열원 시스템 또는 증기 터빈 사이클 시스템의 장비 상태 또는 작동 조건을 조정하고 주증기 엔탈피 값을 줄이며 재생 추기 비율을 증가시켜 냉단 손실을 감소시킴으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시키는 단계를 포함한다.
실시예 23
본 발명의 실시예는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 23에 도시된 바와 같이, 실시예 22를 기반으로 상기 방법은,
각 층의 관련 버너의 연료량과 츨력을 조정하되, 구체적으로 S2011: 보일러 하층 버너의 연료량을 증가시키고, 보일러 상층 버너의 연료량을 감소시켜 주증기 온도를 주증기의 정격 온도와 주증기 포화 온도 사이의 온도로 낮춘다 단계; 또는,
S2012: 버너의 경사 각도를 감소시켜 주증기 온도를 주증기의 정격 온도와 주증기 포화 온도 사이의 온도로 낮춘다 단계를 포함하고,
주증기 엔탈피 값을 줄이고 재생 추기 비율을 증가시켜 냉단 손실을 감소함으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다.
실시예 24
본 발명의 실시예는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 24에 도시된 바와 같이, 실시예 22를 기반으로 상기 방법은,
S2020: 과열기를 제거하는 단계를 포함하고,
주증기 엔탈피 값을 줄이고 재생 추기 비율을 증가시켜 냉단 손실을 감소함으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다.
실시예 25
본 발명의 실시예는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 25에 도시된 바와 같이, 실시예 24를 기반으로 상기 방법은,
S2020: 과열기를 제거하는 단계; 및
S3010: 원래의 과열기를 고온 이코노마이저로 교체하는 단계를 포함하고,
주증기 엔탈피 값을 줄이고 재생 추기 비율을 증가시켜 냉단 손실을 감소함으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다.
실시예 26
본 발명의 실시예는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 26에 도시된 바와 같이, 실시예 24를 기반으로 상기 방법은,
S2020: 과열기를 제거하는 단계; 및
S3020: 주증기 감온수를 추가하여 주증기가 포화 증기 엔탈피 값과 같거나 낮은 엔탈피 값을 갖는 포화 증기 또는 습증기가 되도록 하는 단계를 포함하고,
주증기 엔탈피 값을 줄이고 재생 추기 비율을 증가시켜 냉단 손실을 감소함으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다.
실시예 27
본 발명의 실시예는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 27에 도시된 바와 같이, 실시예 22를 기반으로 상기 방법은,
S2030: 급수 펌프의 용량을 증가하거나 급수 펌프 조절 도어를 크게 개방하거나 4번 추기 덕트를 제외한 재생 추기 회로에 새로운 급수 펌프를 추가 설치하여 열원 시스템과 증기 터빈 사이클 시스템의 급수량을 증가시키는 단계를 포함하고,
주증기 엔탈피 값을 줄이고 재생 추기 비율을 증가시켜 냉단 손실을 감소함으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다.
실시예 28
본 발명의 실시예는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 28에 도시된 바와 같이, 실시예 23을 기반으로 상기 방법은,
각 층의 관련 버너의 연료량과 츨력을 조정하되, 구체적으로 S2011: 보일러 하층 버너의 연료량을 증가시키고, 보일러 상층 버너의 연료량을 감소시켜 주증기 온도를 주증기의 정격 온도와 주증기 포화 온도 사이의 온도로 낮추며; S4000: 주증기압 및/또는 증기 터빈 로터의 임펠러 단수를 증가시켜 증기 터빈의 출력을 높이고 증기 터빈의 작업 효율을 향상시키는 단계; 또는,
S2012: 버너의 경사 각도를 감소시켜 주증기 온도를 주증기의 정격 온도와 주증기 포화 온도 사이의 온도로 낮추며; S4000: 주증기압 및/또는 증기 터빈 로터의 임펠러 단수를 증가시켜 증기 터빈의 출력을 높이고 증기 터빈의 작업 효율을 향상시키는 단계를 포함하고,
주증기 온도를 주증기의 정격 온도와 주증기 포화 온도 사이의 온도로 낮춘다. 주증기 엔탈피 값을 줄이고 재생 추기 비율을 증가시켜 냉단 손실을 감소함으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다.
실시예 29
본 발명의 실시예는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 29에 도시된 바와 같이, 실시예 24를 기반으로 상기 방법은,
S2020: 과열기를 제거하는 단계; 및
S4000: 주증기압 및/또는 증기 터빈 로터의 임펠러 단수를 증가시켜 증기 터빈의 출력을 높이고 증기 터빈의 작업 효율을 향상시키는 단계를 포함하고,
주증기 엔탈피 값을 줄이고 재생 추기 비율을 증가시켜 냉단 손실을 감소함으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다.
실시예 30
본 발명의 실시예는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 30에 도시된 바와 같이, 실시예 25를 기반으로 상기 방법은,
S2020: 과열기를 제거하는 단계;
S3010: 원래의 과열기를 고온 이코노마이저로 교체하는 단계; 및
S4000: 주증기압 및/또는 증기 터빈 로터의 임펠러 단수를 증가시켜 증기 터빈의 출력을 높이고 증기 터빈의 작업 효율을 향상시키는 단계를 포함하고,
주증기 엔탈피 값을 줄이고 재생 추기 비율을 증가시켜 냉단 손실을 감소함으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다.
실시예 31
본 발명의 실시예는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 31에 도시된 바와 같이, 실시예 26을 기반으로 상기 방법은,
S2020: 과열기를 제거하는 단계;
S3020: 주증기 감온수를 추가하여 주증기가 포화 증기 엔탈피 값과 같거나 낮은 엔탈피 값을 갖는 포화 증기 또는 습증기가 되도록 하는 단계; 및
S4000: 주증기압 및/또는 증기 터빈 로터의 임펠러 단수를 증가시켜 증기 터빈의 출력을 높이고 증기 터빈의 작업 효율을 향상시키는 단계를 포함하고,
주증기 엔탈피 값을 줄이고 재생 추기 비율을 증가시켜 냉단 손실을 감소함으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다.
실시예 32
본 발명의 실시예는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법을 제공한다.
도 32에 도시된 바와 같이, 실시예 27을 기반으로 상기 방법은,
S2030: 급수 펌프의 용량을 증가하거나 급수 펌프 조절 도어를 크게 개방하거나 4번 추기 덕트를 제외한 재생 추기 회로에 새로운 급수 펌프를 추가 설치하여 열원 시스템과 증기 터빈 사이클 시스템의 급수량을 증가시키는 단계; 및
S4000: 주증기압 및/또는 증기 터빈 로터의 임펠러 단수를 증가시켜 증기 터빈의 출력을 높이고 증기 터빈의 작업 효율을 향상시키는 단계를 포함하고,
주증기 엔탈피 값을 줄이고 재생 추기 비율을 증가시켜 냉단 손실을 감소함으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시킨다.
아래 종래 기술을 결부하여 본 실시예에 적용되는 기술적 해결수단 및 해당 기술적 해결수단을 적용하여 발생되는 기술적 효과를 자세히 설명한다. 구체적으로,
시뮬레이션 계산은 재열 과정이 없고 재생 추기 시스템을 구비하는 증기 터빈 사이클에 대해 주증기 온도를 포화 온도로 낮춤으로써 증기 터빈의 효율을 4 ~ 5% 높일 수 있음을 설명한다. 이는 주증기 온도를 낮추면 급수량이 상승하고 재생 추기량이 상승하며 재생 추기 시스템의 역할이 증가하기 때문이다.
이 밖에, 주증기의 감온수를 능동적으로 늘려 주증기를 습증기로 형성함으로써 재생 추기량을 더욱 증가시킬 수 있으며 재생 추기 시스템의 역할을 증가시키고 증기 터빈 사이클의 작업 효율을 향상시킬 수 있다.
급수량 상승 수요를 충족시키기 위해 급수 펌프의 조절 도어를 크게 개방하거나 급수 펌프의 용량을 증가시킬 필요가 있다. 급수 펌프의 조절 도어를 크게 개방하거나 급수 펌프의 용량을 증가시키면 재생 추기 시스템의 역할 증가에 유리하여 증기 터빈 사이클의 효율을 향상시킬 수 있다.
랭킨 사이클을 개선한 후, 재생 추기 작업이 증가되고 증기 터빈 사이클의 효율이 현저히 개선된다. 동시에, 증기 터빈 저압 실린더 배기 증기의 용적 흐름이 현저히 떨어지고 증기 터빈 각 레벨의 압력 하강이 현저히 떨어져 증기 터빈 유입 증기 조절 밸브의 전체 개방도가 작아진다. 급수 펌프의 출력이 증가하여 증기 초기 압력이 상승하고 증기 터빈 임펠러의 단수를 증가시킬 수 있어 증기 터빈 출력과 작업 효율을 더욱 높일 수 있다.
본 발명에 따라 증기 터빈의 작동을 변경한 후, 증기 터빈의 배기 증기 습도가 현저히 상승한다. 소형 증기 터빈 저압 실린더의 종단 블레이드의 물침식과 증기 터빈 작업 효율에 미치는 습증기의 영향의 이론적 기초는 대형 증기 터빈과 동일하며 이는 상기에서 자세히 분석하였으므로 설명의 간결성을 위해 여기서는 더 이상 반복하지 않는다.
본 발명의 본질은 증기 터빈의 냉단 배압을 합리적으로 제어하고, 물침식을 직접 방지하는 기초 상에서, 주증기 온도를 낮추는 것과 같은 상이한 방법으로 증기 터빈 저압 실린더의 배기 증기 습도를 증가하고 증기 터빈의 냉단 손실을 감소시키며 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시키는 기술적 경로를 제안하는 것이다.
이러한 기술적 경로에 따르면, 급수 펌프 용량을 증가시키는 것과 같은 다양한 실행 가능 방법으로 재생 시스템의 작업 비율을 증가시키고 증기 터빈 사이클 효율의 최대화를 구현할 수 있다.
본 발명은 주증기 온도, 및 증기 터빈 실린더 블록의 온도를 낮추어 세트 및 증기 터빈의 안전성, 신뢰성 및 기기의 사용 수명을 향상시킨다.
요컨대, 발명인은 먼저 종래 발전기 세트의 열원 시스템, 증기 터빈 사이클 및 DCS 시스템의 열 성능의 컴퓨터 소프트웨어 시뮬레이션 시스템을 구현하고, 이러한 획기적인 성과의 구현을 기반으로 소프트웨어에 의해 수행된 다량의 시뮬레이션 계산을 응용하여 메인 열 증기 온도의 열적 특성을 발견하고 주증기 온도의 열효율 특성에 대한 근거를 획득하였으며, 수년간의 연구 과정을 거친 끝에 주증기 온도의 열적 특성을 구현하였다. 발전기 세트의 실제 작동을 분석한 결과 해당 결론의 정확성이 정확하다는 것이 입증되었는 바, 즉 이론적으로 입증되었다.
발명인이 사용하는 발전기 세트의 열 성능 시뮬레이션 시스템 소프트웨어는 개발 과정에서 개별 기업이나 개인의 노력이 아니라 글로벌 범위 내의 컴퓨터 소프트웨어 산업으로부터 전력 DCS 기업에 이르기까지 "인터넷 +" 시대의 정보 조건, 다양한 연구 기구의 장기적인 노력과 관련된 역사적 사회적 분업과 협력을 바탕으로 한다. 따라서 발명인의 작업은 인간 정보 기술 혁명 성과를 기반으로 한다.
다량의 시뮬레이션 계산과 장기간의 연구를 기반으로 주증기 온도의 열적 특성을 이론적으로 입증하였다. 이에 따라 해당 시뮬레이션 연구는 발전기 세트의 실제 작동 과정에서 소규모 및 대규모 범위의 주증기 온도 조절에 대한 첫번째 테스트를 대체하므로 해당 기술은 필요한 테스트를 통과한 후 실제 응용에 도입될 수 있다. 이러한 배경을 기반으로 발명인은 해당 이론적 사상을 글로벌 전력 산업에 제공할 수 있는 것이다. 발명인의 작업은 정보 기술 혁명 시대의 수단을 통해 업계가 이러한 기술적 편견에서 벗어날 수 있도록 돕는 유일한 방법을 구현하는 것이다.
증기 터빈 작업 효율과 증기 터빈 저압 실린더의 종단 블레이드 물침식에 대한 습증기의 영향에 대한 발명인의 분석은 발전기 세트의 냉단 시스템 최적화 측면에 대한 독창적인 이론적 연구와 실천 경험을 기반으로 한다. 이는 본 발명을 이해하고 구현하는데 매우 중요한 의미를 가지며 또한 사용자가 본 발명을 구현하는데 유리하다.
본 발명의 도출은 증기 터빈 발전 공정 기술에 대한 발명인의 포괄적인 과학 연구 및 진전을 기반으로 한다. 주증기 이론의 오류 발견으로부터 재생 추기의 열효율 증가 효과 최대화 내지 냉단 손실의 최소화; 증기 터빈 내에서 증기의 체류 시간으로부터 물침식 충격파 이론에 이르기까지 모두 세계 및 업계에서 획기적인 발전을 이루었다. 이는 과학적 이론 전체로서 소형 증기 터빈 발전 기술의 효율에 있어 역사적으로 거대한 개선을 가져올 수 있을 것으로 전망된다.
본 발명은 보다 경제적이고 신뢰성이 높으며 환경 친화적인 소형 증기 터빈 발전 시스템을 구현하여 글로벌 전력 산업의 안정성, 신뢰성 및 환경 친화성을 개선하고 지구 환경을 보호하는데 중요한 역할을 한다.
전력은 향후 인간 에너지의 주요 모드이다. 본 발명은 인간의 전력 생산의 과학적, 기술적 수준을 개선하고 지구 환경을 보호하기 위해 장기적이고 중요한 지도적 의미를 갖는다.
본 발명의 실시예를 구현하는 바람직한 방법
차단 방지 작동 및 차단 방지 작동 규정의 경우, 증기 터빈 배압을 차단 배압 이상으로 유지하면서 작동, 즉 차단 방지 작동은 발전기 세트의 실제 작동에서 완전히 달성할 수 있는 바, 단지 증기 터빈 제조업체에서 제공되는 차단 배압 데이터에 따라 차단 방지 작동 규정, 즉 순환수 펌프 또는 공랭식 팬을 위한 변환기 추가 설치, 순환수 펌프의 수 및 회전 속도 제어 및 순환수 냉수 온도 제어 등 측면을 포함한 적절하고 보수적인 작동 규정을 정하기만 하면 된다. 세트의 가변 부하 및 추기 열 공급으로 인해 세트의 차단 배압이 배기 증기량의 변화에 따라 변하게 되는데, 이러한 요인으로 인해 차단 배압 변화를 추적하고 냉매를 연속으로 조정 가능하게 제어할 필요가 있다. 따라서, 냉단 시스템의 냉매 흐름의 자동 제어를 구현하기 위해 냉매 수송 출력 및 발전용 석탄 소비의 포괄적 비용을 보장할 수 있는 냉단 최적화 소프트웨어 시스템을 적용하는 것이 바람직하다.
이미 구성된 발전기 세트에서 본 발명을 구현할 경우, 재생 추기 시스템의 소수 용량이 충분하지 않은 문제점이 나타나는지 여부에 유의해야 한다.
재생 추기량은 약 30% 증가해야 하며, 이는 원래의 증기 터빈 재생 추기 시스템의 소수 용량을 초과할 수 있다.
증기 터빈 작업 효율과 증기 터빈 저압 실린더의 종단 블레이드 물침식에 대한 습증기의 영향에 대한 발명인의 분석은 본 발명에 대한 이해와 본 발명의 구현에 중요한 의미를 가지며 또한 사용자가 본 발명을 구현하는데 유리하다.
본 발명은 유량이 큰 습증기로 발전하여 발전 효율을 향상시킨 동시에 종래 기술의 적은 유량의 건 증기에 비해 시스템에 필요한 입력 에너지를 크게 감소시켜 에너지 절약 발전 효과를 구현한다.
본 발명의 실시형태는 본 명세서에 소개된 구체적인 형태에 한정되지 않고 본 발명의 이론적 본질에 기초한 다양한 형태를 포함한다.
독자는 본 명세서의 설명에서 "일 실시예", "일부 실시예", "예", "구체예" 또는 "일부 예" 등 용어를 참조한 설명은 해당 실시예 또는 예를 결부하여 설명한 구체적인 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예 또는 예에 포함되는 것을 의미함을 이해해야 한다. 본 명세서에서, 전술한 용어의 예시적 표현은 반드시 동일한 실시예 또는 예를 가리키는 것은 아니다. 또한 설명된 구체적인 특징, 구조 또는 특성은 임의의 하나 또는 다수의 실시예 또는 예에서 적절한 방법으로 결합될 수 있다. 이 밖에, 당업자는 서로 충돌되지 않는 한, 본 명세서에 설명된 상이한 실시예 또는 예 및 상이한 실시예 또는 예의 특징들을 결합 및 조합할 수 있다.
당업자는 설명의 편리성 및 간결성을 위해 전술한 장치 및 유닛의 구체적인 작업 과정이 전술한 방법 실시예에서의 대응되는 과정을 참조할 수 있음을 명확히 이해할 수 있으며, 여기서는 반복하여 설명하지 않는다.
본 발명에서 제공되는 몇몇 실시예에서, 개시된 장치 및 방법은 다른 방법으로 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 위에서 설명된 장치 실시예는 예시적인 것일 뿐이며, 예를 들어 유닛의 분할은 논리적 기능 분할일 뿐 실제 구현시 다른 분할 방법이 존재할 수 있다. 예를 들어 여러 유닛 또는 구성 요소가 결합되거나 다른 시스템에 통합되거나 일부 특징이 무시되거나 수행되지 않을 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시예에서, 전술한 각 과정의 순번 크기는 수행 순서를 의미하지 않으며, 각 과정의 수행 순서는 그 기능 및 내재적 논리에 의해 결정되어야 하며, 본 발명의 실시예의 실시 과정을 어떠한 형태로든 한정하지 않아야 함을 이해해야 한다.
본 발명의 본질은 보일러 재료에 의해 한정되는 기존의 높은 증기 온도(주증기 및 재열 증기의 온도)와 상이한 새로운 증기 터빈 발전 시스템을 개시하는 것이다. 해당 시스템의 주증기 및 재열 증기의 온도는 현저히 감소될 수 있으며 심지어 주증기는 습증기가 될 수 있어 급수 흐름이 증가되고 재생 사이클이 강화되며 냉단 손실이 감소되고 증기 터빈의 작업 효율이 현저히 향상될 수 있다. 본 발명의 기술적 해결수단에 따르면, 연소 제어를 최적화하고 재열 온도를 낮추며 재열 시스템을 제거하고 원래의 재열기를 새로운 이코노마이저로 변경하며 급수량을 증가하고 주증기 온도를 낮추고 주증기의 습도를 높이는 등 다양한 실행 가능한 방법을 통해 랭킨 사이클의 효율을 초대한도로 향상시켜 랭킨 사이클 효율의 현저한 향상을 구현할 수 있다. 본 발명의 증기 터빈 발전 효율 향상 범위는 구현 및 연구 실험을 통해 검증될 수 있으며 그 잠재력은 한정하기 어렵다.
본 발명의 적용 범위는 해당 매체가 작업 과정에서 기체 상태, 부분 응축 상태 및 완전 응측 상태 조건을 가지고 있는 한 물을 제외한 기타 작업 매체를 적용하는 증기 터빈을 배제하지 않는다.
이상은 본 발명의 구체적인 실시형태일 뿐 본 발명의 보호 범위는 이에 한정되는 것은 아니다. 당업자라면 본 발명에 개시된 기술적 범위 내에서 다양한 균등 수정 또는 교체를 쉽게 생각해낼 수 있으며, 이러한 수정 또는 교체는 모두 본 발명의 보호 범위내에 포함되어야 한다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 청구범위의 보호 범위를 기준으로 해야 한다.

Claims (23)

  1. 열원 시스템, 증기 터빈 사이클 시스템, 냉단 시스템을 포함하고, 상기 증기 터빈 사이클 시스템은 주증기 시스템, 증기 터빈 실린더 블록 시스템, 재열 증기 시스템 및 축 밀봉 증기 시스템을 포함하며, 상기 재열 증기 시스템은 재열기를 포함하고, 상기 증기 터빈 실린더 블록 시스템은 고압 실린더를 포함하는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법으로서,
    상기 방법은,
    S1000: 열원 시스템 또는 증기 터빈 사이클 시스템의 장비 상태 또는 작동 조건을 조정하고 상기 재열기의 흡열량을 감소시켜, 상기 고압 실린더의 후속 실린더 블록으로 유입되는 증기의 온도가 상기 재열 증기의 정격 온도보다 낮아지도록 하여 냉단 손실을 감소시킴으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    기존 발전소의 경우, 상기 열원 시스템 또는 증기 터빈 사이클 시스템의 장비 상태 또는 작동 조건을 조정하는 단계는,
    S1011: 각 층의 관련 버너의 연료량과 츨력을 조정하되, 구체적으로 보일러 하층 버너의 연료량을 증가시키고 보일러 상층 버너의 연료량을 감소시키는 단계; 또는,
    S1012: 상기 재열기가 재열 연소가스의 배플 조절 조건을 구비하는 경우, 구체적으로 상기 재열 연소가스의 배플 개방도를 조절하여 감소시키는 단계; 또는,
    S1013: 상기 재열기가 재열 연소가스의 배플 조절 조건을 구비하거나 및/또는 구비하지 않는 경우, 구체적으로 보일러 버너의 경사 각도를 조절하여 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    기존 발전소의 경우, 상기 증기 터빈 실린더 블록 시스템이 중압 실린더를 더 포함하면, 상기 고압 실린더의 배기 덕트와 중압 실린더의 흡기 덕트 사이에는 재열 증기 바이패스 덕트가 설치되고, 상기 재열 증기 바이패스 덕트에는 조절 도어가 설치되며, 상기 열원 시스템 또는 증기 터빈 사이클 시스템의 장비 상태 또는 작동 조건을 조정하는 단계는,
    S1020: 상기 조절 도어를 전체 또는 부분적으로 개방하여 상기 고압 실린더의 배기 증기의 일부가 상기 고압 실린더의 배기 덕트를 통해 상기 중압 실린더의 흡기 덕트로 직접 유입되도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    기존 발전소의 경우, 상기 열원 시스템 또는 증기 터빈 사이클 시스템의 장비 상태 또는 작동 조건을 조정하는 단계는 구체적으로,
    S1031: 상기 재열기의 열교환 면적을 감소시키는 단계; 또는,
    S1032: 재열기를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단계 S1032는,
    원래의 주증기 과열기와 이코노마이저를 기반으로 재열기를 새로운 이코노마이저로 교체하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    재생 추기 시스템을 구비한 기존 발전소의 경우, 상기 단계 S1032는,
    각 층의 관련 버너의 연료량과 츨력을 조정하되, 구체적으로 보일러 하층 버너의 연료량을 증가시키고 보일러 상층 버너의 연료량을 감소시키는 단계; 또는,
    보일러 버너의 경사 각도를 조절하여 감소시키는 단계를 더 포함하여,
    주증기 온도를 주증기의 정격 온도와 주증기 포화 온도 사이의 온도로 낮추는 것을 특징으로 하는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 단계 S1032는,
    과열기를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 단계 S1032는,
    원래의 과열기를 고온 이코노마이저로 교체하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 단계 S1032는,
    주증기 감온수를 추가하여 주증기가 포화 증기 엔탈피 값과 같거나 낮은 엔탈피 값을 갖는 포화 증기 또는 습증기가 되도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 단계 S1032는,
    급수 펌프의 용량을 증가하거나 급수 펌프 조절 도어를 크게 개방하거나 4번 추기 덕트를 제외한 재생 추기 회로에 새로운 급수 펌프를 추가 설치하여 열원 시스템과 증기 터빈 사이클 시스템의 급수량을 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법.
  11. 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열원 시스템 또는 증기 터빈 사이클 시스템의 장비 상태 또는 작동 조건을 조정하는 단계는,
    S1040: 주증기압 및/또는 증기 터빈 로터의 임펠러 단수를 증가시켜 증기 터빈의 출력을 높이고 증기 터빈의 작업 효율을 향상시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    원자력 발전기 세트의 경우, 상기 열원 시스템 또는 증기 터빈 사이클 시스템의 장비 상태 또는 작동 조건을 조정하는 단계는,
    S1050: 증기-물 분리 재열기로 유입되는 새로운 증기의 흐름을 감소시키거나 증기-물 분리 재열기를 제거하여 상기 재열 증기의 온도를 상기 주증기의 정격 온도보다 10℃ 이하 낮은 온도로 낮추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    복합 사이클 세트의 경우, 상기 열원 시스템 또는 증기 터빈 사이클 시스템의 장비 상태 또는 작동 조건을 조정하는 단계는,
    S1061: 저압 가열 시스템 또는 중압 가열 시스템의 흡열 요소의 열교환 면적을 줄여 저압 가열 시스템 또는 중압 가열 시스템의 흡열량을 감소시키는 단계; 또는,
    S1062: 저압 가열 시스템 또는 중압 가열 시스템을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 단계 S1062는,
    원래의 주증기 과열기와 이코노마이저를 기반으로, 제거된 저압 가열 시스템 또는 중압 가열 시스템을 새로운 고압 이코노마이저로 교체하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    태양광열 세트의 경우, 상기 열원 시스템 또는 증기 터빈 사이클 시스템의 장비 상태 또는 작동 조건을 조정하는 단계는,
    S1071: 재열기의 열교환 면적을 줄여 재열 증기의 흡열량을 감소시키는 단계; 또는,
    S1072: 재열기를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 단계 S1072는,
    원래의 주증기 과열기와 이코노마이저를 기반으로, 제거된 재열기를 새로운 고압 이코노마이저로 교체하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법.
  17. 열원 시스템, 증기 터빈 사이클 시스템, 냉단 시스템을 포함하고, 상기 증기 터빈 사이클 시스템은 주증기 시스템, 증기 터빈 실린더 블록 시스템, 재생 추기 시스템 및 축 밀봉 증기 시스템을 포함하며, 증기 터빈의 작업 매체는 수증기 또는 기타 저비점 매체이고, 상기 증기 터빈 실린더 블록 시스템은 고압 실린더를 포함하는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법으로서,
    상기 방법은,
    S2000: 열원 시스템 또는 증기 터빈 사이클 시스템의 장비 상태 또는 작동 조건을 조정하고 주증기 엔탈피 값을 줄이며 재생 추기 비율을 증가시켜 냉단 손실을 감소시킴으로써 증기 터빈 사이클의 열효율을 향상시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 열원 시스템 또는 증기 터빈 사이클 시스템의 장비 상태 또는 작동 조건을 조정하는 단계는,
    각 층의 관련 버너의 연료량과 츨력을 조정하는 단계를 포함하되, 구체적으로,
    S2011: 보일러 하층 버너의 연료량을 증가시키고, 보일러 상층 버너의 연료량을 감소시키는 단계; 또는,
    S2012: 버너의 경사 각도를 감소시키는 단계를 포함하여,
    주증기 온도를 주증기의 정격 온도와 주증기 포화 온도 사이의 온도로 낮추는 것을 특징으로 하는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 열원 시스템 또는 증기 터빈 사이클 시스템의 장비 상태 또는 작동 조건을 조정하는 단계는,
    S2020: 과열기를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    S3010: 원래의 과열기를 고온 이코노마이저로 교체하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    S3020: 주증기 감온수를 추가하여 주증기가 포화 증기 엔탈피 값과 같거나 낮은 엔탈피 값을 갖는 포화 증기 또는 습증기가 되도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 열원 시스템 또는 증기 터빈 사이클 시스템의 장비 상태 또는 작동 조건을 조정하는 단계는,
    S2030: 급수 펌프의 용량을 증가하거나 급수 펌프 조절 도어를 크게 개방하거나 4번 추기 덕트를 제외한 재생 추기 회로에 새로운 급수 펌프를 추가 설치하여 열원 시스템과 증기 터빈 사이클 시스템의 급수량을 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법.
  23. 제18항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    S4000: 주증기압 및/또는 증기 터빈 로터의 임펠러 단수를 증가시켜 증기 터빈의 출력을 높이고 증기 터빈의 작업 효율을 향상시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 랭킨 사이클의 효율 향상 방법.
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