KR20220006625A - 발전소 및 발전소의 관류 물/증기 사이클을 위한 물 정화 방법 - Google Patents

발전소 및 발전소의 관류 물/증기 사이클을 위한 물 정화 방법 Download PDF

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Abstract

물-증기-사이클을 갖는 발전소(1)가 제공되며, 발전소는 ■ 유체를 운반하고 상기 유체에 열을 전달하도록 구성되는 복수의 가열면(3)을 갖는 증기 발생기(2)로서, 복수의 가열면(3)은 상기 유체를 예열하기 위한 이코노마이저(4) 및 증기를 생성하기 위한 증발기(5)를 포함하고, 증발기(5)는 이코노마이저(4)에 유체적으로 연결되는, 증기 발생기(2), ■ 파워 출력을 생성하기 위해 증기 발생기(2)에서 생성되는 증기를 수용하도록 구성된 증기 터빈(6), ■ 증기 터빈(6)으로부터의 증기를 응축시키도록 구성되는 응축기(7)로서, 응축기(7)는 응축되는 증기 또는 물을 위한 수집 용기로서의 핫웰(8)을 포함하는, 응축기(7), ■ 응축기(7)의 핫웰(8)과 이코노마이저(4) 사이에 유체적으로 배치되는 폴리싱 플랜트(9)를 포함하며, 배수 라인(10)이 이코노마이저(4)의 출구(11)와 응축기(7)의 핫웰(8)을 상호연결하고, 유체 라인(12)이 이코노마이저(4)의 출구(11)와 증발기(5)를 상호연결하며, 유체 라인(12)은 이코노마이저(4) 내에 물을 다시 보유하기 위한 수단(13)을 포함하고, 물을 다시 보유하기 위한 수단(13)은 사이펀(15)이다. 또한, 물-증기-사이클을 갖는 이러한 발전소(1)의 동작을 시동하는 방법이 제공된다.

Description

발전소 및 발전소의 관류 물/증기 사이클을 위한 물 정화 방법
본 발명은 발전소 및 발전소의 관류(once-through) 물-증기 사이클을 위한 물 정화 방법에 관한 것이다.
더 구체적으로는, 본 발명은 발전소의 시동 동안의 물 정화에 관한 것이다.
최신 기술에 따르면, 예를 들어 복합 사이클 발전소(combined cycle power plant)의 바터밍 사이클(bottoming cycle)에서, 특히 물이 잠시 동안 열 회수 증기 발생기에 정지해 있을 때 물 내의 철 함유량이 너무 높을 수 있다. 이러한 철은 열 회수 증기 발생기의 증발기 부분의 하류의 설비에서의 손상을 방지하기 위해 물이 모두 증기로 변환되기 전에 물에서 제거될 필요가 있다.
관류 증기 발생 시스템을 구비한 공지된 복합 사이클 발전소는 전형적으로 열 회수 증기 발생기에 배치되고 (용해된 철을 함유하는) 물 부분을 분리하고 그 물 부분을 증기 유동으로부터 인출하도록 설치되는 분리기를 포함한다. 그 후 분리된 물 부분은 버려지거나 더 정화될 수 있다.
이러한 구성의 전형적인 단점은 분리기가 여분의 연결부, 배관, 및 지지 구조물을 필요로 한다는 것이다. 이는 열 회수 증기 발생기를 더 무겁고, 더 복잡하며, 더 부피가 크게 만든다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술된 단점을 극복하는 발전소를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 물-증기-사이클을 갖는 발전소를 위한 물 정화 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 독립 청구항에 의해 달성된다. 종속 청구항은 본 발명의 유리한 진보 및 변형을 설명한다.
본 발명에 따르면, 물-증기-사이클을 갖는 발전소가 제공된다. 발전소는 유체를 운반하고 상기 유체에 열을 전달하도록 구성되는 복수의 가열면을 갖는 증기 발생기를 포함하고, 복수의 가열면은 상기 유체를 예열하기 위한 이코노마이저 및 증기를 생성하기 위한 증발기를 포함하고, 증발기는 이코노마이저에 유체 연결된다. 발전소는 파워 출력을 생성하기 위해서 증기 발생기 내에서 생성되는 증기를 수용하도록 구성되는 증기 터빈을 더 포함하고; 발전소는 또한 증기 터빈으로부터의 증기를 응축시키도록 구성되는 응축기를 포함하고, 응축기는 응축되는 증기 또는 물을 위한 수집 용기로서 핫웰(hotwell)을 포함한다. 마지막으로, 발전소는 또한 응축기의 핫웰과 이코노마이저 사이에 유체적으로 배치되는 폴리싱 플랜트(polishing plant)를 포함한다. 배수 라인이 이코노마이저의 출구와 응축기의 핫웰을 상호연결하고, 유체 라인이 이코노마이저의 출구와 증발기를 상호연결하며, 유체 라인은 이코노마이저 내에 물을 다시 보유하기 위한 수단을 포함한다. 본 발명은 이코노마이저의 출구 헤더(outlet header)에 있는 튜브가 사이펀(syphon)을 생성하기 위해 상향으로 구부러지는 것을 특징으로 한다.
즉, 발전소의 시동 준비 시에, 이코노마이저에 수용된 물(증기 발생기의 나머지는 정지 중에 비워짐)은 배수구를 통해 핫웰로 펌핑되고, 여기서 물은 희석되고 거기로부터의 물은 적어도 부분적으로 폴리싱 플랜트를 통해 유도되어 정화된다. 이코노마이저 내의 물이 핫웰과 폴리싱 플랜트로부터의 깨끗한 물로 교체되자마자, 증기 발생기는 시동될 준비가 된다. 핫웰로부터의 물이 정확한 품질이 아닐 때, 물은 증기 발생기를 시동하기에 충분히 깨끗해질 때까지 이 배수구를 거쳐 순환되고 폴리싱 플랜트를 통해 유도될 수 있다.
사이펀은 임의의 가동 부품 없이 수동적으로 기능을 수행하며, 그 열적 안정성은 증기 발생기 내의 다른 튜브와 동일하다. 이코노마이저의 입구 위의 사이펀의 높이에 따라, 예열된 물의 일부가 증발기 및 과열기 튜브로 들어갈 수 있다. 이 유체는 그 후에 배수되어야 할 것이다.
따라서, 사이펀은 이코노마이저의 입구 헤더 위까지, 훨씬 더 바람직하게는 가능한 높은 높이까지 도달하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 발전소의 실시예에서, 이코노마이저의 출구에는 예열된 급수를 수집하고 이 예열된 급수를 증발기 튜브를 거쳐 균일하게 확산시키기 위한 출구 헤더가 배치된다. 이 출구 헤더로부터 배수 라인이 핫웰로 그리고 유체 라인이 증발기로 분기된다.
일 실시예에 따르면, 폴리싱 플랜트는 응축기의 핫웰과 이코노마이저 사이에 유체적으로 배치되고, 주 응축물 라인에 대해 병렬 유동 상태에 있는 폴리싱 플랜트의 용량은 베이스 로드(base load)에서 이코노마이저에 공급되는 물의 양의 100% 미만이다.
본 발명은 물-증기-사이클을 갖는 모든 발전소에 적용가능하다. 이는 증기 발생기를 위한 열원이 가스 터빈일 때 특히 유리하다.
본 발명에 따른 방법은 이하의 단계:
- 이코노마이저 내에 수용된 물을 물이 희석되는 핫웰로 배수하는 단계,
- 물을 정화하기 위해 물을 핫웰로부터 폴리싱 플랜트를 통해 적어도 부분적으로 유도하는 단계,
- 핫웰로부터의 물 및 폴리싱 플랜트로부터의 물을 이코노마이저에 공급하는 단계, 및
- 이코노마이저 내의 물의 적어도 일부가 핫웰 및 폴리싱 플랜트로부터의 깨끗한 물로 교체되자마자 증기 발생기를 시동하는 단계를 포함하며,
이코노마이저 출구에서 사이펀 튜브를 거쳐 증발기 및 과열기 튜브로 유입되는 물은 증기 발생기 출구에서 적하 레그(drip leg)에 의해 배수되어 핫웰로 유도되는 단계를 특징으로 한다.
이 방법의 장점은 발전소의 전술된 장점에 대부분 대응한다.
바람직하게는, 핫웰 및 폴리싱 플랜트로부터의 물이 요구 품질이 아닌 경우, 물이 증기 발생기를 시동하기에 충분히 깨끗해질 때까지, 물은 연속적으로 이코노마이저로부터 배수되고, 적어도 부분적으로 폴리싱 플랜트를 통해 유도되며, 이코노마이저에 공급된다.
이코노마이저에 수용된 물은 보일러 급수를 이코노마이저 내로 펌핑하고 그리고 해당되는 경우 이코노마이저 출구 헤더에서 배수구를 개방함으로써 배수되는 것이 적절하다.
편의상, 물의 순환은 철 수준이 충분히 낮아질 때까지 유지된다.
본 발명에 따른 발전소의 중요한 장점은, 단지 이코노마이저만이 정지 상태에서 물을 수용하고, 물이 깨끗해질 때까지 폴리싱 플랜트를 거쳐 물을 순환시키기 위해 중간 루프가 형성될 수 있도록 기계적 구성을 구현하는 것이다.
이는 번들의 매우 콤팩트한 설계를 초래하며, 분리기 및 연결 배관이 더 이상 필요하지 않다. 이는 많은 중량 및 부피를 절감하여, 더 가볍고 더 콤팩트한 증기 발생기를 초래한다. 이는 20% 중량 절감에 이를 수 있으며, 이는 특히 해양 용례에 대해 매우 중요한다.
또한, 폴리싱 플랜트의 크기를 작게 유지할 수 있다. 사용되는 물을 정화하는 다른 방법은 100% 용량의 폴리싱 플랜트를 설치하는 것이며, 모든 물은 이 폴리싱 플랜트를 통해 유도된다. 시동 직전에 증기 발생기를 충전하는 동안, 증기 발생기는 깨끗한 물로 충전된다. 이러한 새로운 시스템에서, 증기 발생기는 배수 및 재충전될 필요가 없고, 폴리싱 플랜트는 약 50%의 규칙적인 크기로 유지될 수 있다.
번들(그 일부) 내에 항상 물을 유지시키는 것은 온도 편위(excursion) 및 그에 따른 열적 충격을 급격하게 감소시키는 한편, 일부 다른 설계에서 가열면이 비어 있는 동안 가스 터빈이 시동되어 가열면을 충전할 때 심각한 열적 응력을 생성한다. 따라서, 새로운 설계는 이러한 열적 응력의 회피 때문에 빠른 시동 및 유연한 동작에 훨씬 더 적합하다.
특히 해양 용례에 대해 중량 및 공간에 있어서 상당한 절감이 이루어지고, 이는 예를 들어 복합 사이클 발전소의 이용을 더 매력적이게 만들거나, 이것을 기존의 단순 사이클 동작 가스 터빈(기존의 플랫폼 또는 선박에 중량을 부가하는 것이 엄격하게 제한된다)을 위한 증기 테일로서 이용한다.
본 발명의 실시예를 이제 첨부된 도면을 참조하여 단지 예로서 설명한다.
도 1은 발전소를 도시한다.
도 2는 본 발명 발전소의 열 회수 증기 발생기 번들을 도시한다.
도면의 도시는 개략적인 형태이다. 상이한 도면에서, 유사하거나 동일한 요소에는 동일한 참조 부호가 제공될 수 있다는 것에 유의한다.
도 1은 본 발명에 따른 발전소(1)의 개략도를 도시한다. 도 1의 예시적인 실시예에 도시되는 바와 같이, 발전소(1)는 가스 터빈(18)을 포함하는 복합 사이클 발전소(22)일 수 있다. 가스 터빈(18)은 연료 가스 및 공기 혼합물의 연소로부터 파워 출력을 생성한다. 도 1의 실시예에서, 가스 터빈(18)은 제1 발생기(23)에 연결된다. 가스 터빈(18)은 가스 터빈(18)의 출구에서 배기 가스를 생성한다.
도 1의 실시예에 따르면, 복합 사이클 발전소(22)는 가스 터빈(18)의 하류에 위치되는 증기 발생기(2), 또는 더 구체적으로는 열 회수 증기 발생기(24)를 포함한다. 열 회수 증기 발생기(24)는 가스 터빈(18)으로부터 배기 가스를 수용한다. 열 회수 증기 발생기(24)는 복수의 가열면(3)을 포함한다. 열 회수 증기 발생기(24)는 일반적으로 다수의 압력 증기 시스템을 포함한다. 도 1의 도시되는 예시적인 실시예에서, 간명함을 위해, 열 회수 증기 발생기(24)의 가열면은 하나의 압력 시스템에만 속하며 과열기(19), 증발기(5) 및 이코노마이저(4)를 포함한다. 배기 가스는 가열면(3)을 가로질러 유동하여 배기 가스로부터 에너지를 추출함으로써 증기를 생성한다.
도 1의 실시예에 따르면, 복합 사이클 발전소(22)는 또한 열 회수 증기 발생기(24)에서 생성된 증기를 수용하여 파워 출력을 발생시키도록 구성되는 증기 터빈(6)을 포함한다.
도 1에 도시되는 복합 사이클 발전소(22)는 다중 샤프트 구성이다. 증기 터빈(6)은 제2 발생기(25)에 연결된다. 물론, 본 발명은 단일 샤프트 구성에도 적용될 수 있다.
실시예에 따르면, 응축기(7)가 증기 터빈(6)의 출구에 위치되고 증기 터빈(6)으로부터의 증기를 응축하도록 구성되며, 응축기(7)는 응축되는 증기 또는 물을 위한 수집 용기로서 핫웰(8)을 포함한다.
도 1의 발전소(1)는 또한 핫웰(8)과 이코노마이저(4)를 상호연결하는 주 응축물 라인(17)을 도시한다. 응축물 라인(17)에 대해 병렬로, 폴리싱 플랜트(9)가 응축기(7)의 핫웰(8)과 이코노마이저(4) 사이에 유체적으로 배치된다. 폴리싱 플랜트(9)는 증기 발생기(2) 또는 증기 터빈에 손상을 야기할 수 있는 불순물을 응축물로부터 제거한다.
응축기(7)(+ 폴리싱 플랜트(9)), 증기 발생기(2) 및 증기 터빈(6)은 물-증기 사이클을 형성한다.
도 2는 이코노마이저(4) 및 증발기(5)를 위한 증기 발생기(2)의 더 상세한 도면을 도시하며, 배수 라인(10)은 이코노마이저(4)의 출구(11)에 배치된 출구 헤더(14)와 응축기(7)의 핫웰(8)을 상호연결하고, 유체 라인(12)은 이코노마이저(4)의 출구(11)와 증발기(5)를 상호연결한다. 본 발명에 따르면, 유체 라인(12)은 정지 중에 이코노마이저(4) 내에 물을 다시 보유하기 위한 수단(13)을 포함한다. 물을 다시 보유하기 위한 수단(13)은 이코노마이저(4)의 입구 헤더(16) 위에 도달하는 사이펀(15)이다. 물이 이코노마이저 출구(11)의 사이펀(15)을 거쳐 증발기(5) 및 과열기(19) 튜브로 유입되는 경우, 물은 열 회수 증기 발생기 출구(21)의 적하 레그(20)에 의해 배수되고 핫웰(8)로 유도된다.
본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예에 의해 제한되지 않고, 많은 추가의 변형 및 변화가 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 통상의 기술자에 의해 개시된 예에 대해 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.

Claims (9)

  1. 물-증기-사이클을 갖는 발전소(1)로서,
    ■ 유체를 운반하고 상기 유체에 열을 전달하도록 구성되는 복수의 가열면(3)을 갖는 증기 발생기(2)로서, 복수의 가열면(3)은 상기 유체를 예열하기 위한 이코노마이저(4) 및 증기를 생성하기 위한 증발기(5)를 포함하고, 증발기(5)는 이코노마이저(4)에 유체적으로 연결되는, 증기 발생기(2),
    ■ 파워 출력을 생성하기 위해 증기 발생기(2)에서 생성되는 증기를 수용하도록 구성된 증기 터빈(6),
    ■ 증기 터빈(6)으로부터의 증기를 응축시키도록 구성되는 응축기(7)로서, 응축기(7)는 응축되는 증기 또는 물을 위한 수집 용기로서의 핫웰(8)을 포함하는, 응축기(7),
    ■ 응축기(7)의 핫웰(8)과 이코노마이저(4) 사이에 유체적으로 배치되는 폴리싱 플랜트(9)를 포함하며,
    배수 라인(10)이 이코노마이저(4)의 출구(11)와 응축기(7)의 핫웰(8)을 상호연결하고, 유체 라인(12)이 이코노마이저(4)의 출구(11)와 증발기(5)를 상호연결하며, 유체 라인(12)은 이코노마이저(4) 내에 물을 다시 보유하기 위한 수단(13)을 포함하는 발전소에 있어서, 물을 다시 보유하기 위한 수단(13)은 사이펀(15)인 것을 특징으로 하는 발전소(1).
  2. 제1항에 있어서, 사이펀(15)은 이코노마이저(4)의 입구 헤더(16) 위에 도달하는 발전소(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 이코노마이저(4)의 출구(11)에는 예열된 급수를 수집하기 위한 출구 헤더(14)가 배치되고, 상기 출구 헤더로부터 배수 라인(10) 및 유체 라인(12)이 분기되는 발전소(1).
  4. 제1항 내지 제3항에 있어서, 주 응축물 라인(17)에 대해 병렬 유동 상태에 있는 폴리싱 플랜트(9)의 용량은 베이스 로드에서 이코노마이저(4)에 공급되는 물의 양의 100% 미만인 발전소(1).
  5. 제1항 내지 제4항에 있어서, 증기 발생기(2)를 위한 열원은 가스 터빈(18)인 발전소(1).
  6. 물-증기-사이클을 갖는 발전소(1)의 동작을 시동하기 위한 방법으로서, 발전소(1)는 적어도 이코노마이저(4)를 형성하는 복수의 가열면(3)을 갖는 증기 발생기(2), 증기 터빈(6), 및 핫웰(8)을 포함하는 응축기(7)를 포함하고, 상기 방법은
    - 이코노마이저(4)에 수용된 물을 물이 희석되는 핫웰(8)로 배수하는 단계,
    - 물을 정화하기 위해 물을 핫웰(8)로부터 폴리싱 플랜트(9)를 통해 적어도 부분적으로 유도하는 단계,
    - 핫웰(8)로부터의 물 및 폴리싱 플랜트(9)로부터의 물을 이코노마이저(4)에 공급하는 단계, 및
    - 이코노마이저(4) 내의 물의 적어도 일부가 핫웰(8) 및 폴리싱 플랜트(9)로부터의 깨끗한 물로 교체되자마자 증기 발생기(2)를 시동하는 단계를 포함하는 방법에 있어서,
    이코노마이저 출구(11)의 사이펀(15) 튜브를 거쳐 증발기(5)와 과열기(19) 튜브로 유입되는 물은 증기 발생기 출구(21)의 적하 레그(20)에 의해 배수되고 핫웰(8)로 유도되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 핫웰(8) 및 폴리싱 플랜트(9)로부터의 물이 요구 품질이 아닌 경우 물이 증기 발생기(2)를 시동하기에 충분히 깨끗해질 때까지, 물은 연속적으로 이코노마이저(4)로부터 배수되고, 폴리싱 플랜트(9)를 통해 유도되며, 이코노마이저(4)에 공급되는 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 이코노마이저(4)에 수용된 물은 보일러 급수를 핫웰(8) 및 폴리싱 플랜트(9)로부터 이코노마이저(4)에 펌핑함으로써 그리고 해당되는 경우 이코노마이저(4) 출구 헤더(14)에서 배수구를 개방함으로써 배수되는 방법.
  9. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 물의 순환은 철 수준이 충분히 낮아질 때까지 유지되는 방법.
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