KR20240047424A - 개선된 2단계 응축기를 갖춘 공랭식 증기 응축기 - Google Patents

Abstract

1차 및 2차 응축기 섹션이 있는 열교환 패널을 갖는 대규모 현장 설치형 공랭식 산업용 증기 응축기가 개시되며, 2차 응축기 섹션은 전체 열교환기의 10% 이하를 포함하며, 1차 응축기 섹션의 튜브는 해당 튜브의 단면적의 50% 이하의 면적을 갖는 좁은 출구 오리피스를 갖는다. 본 발명은 출구 헤더 압력을 충분히 감소시켜 역류를 최소화하고, 비응축성 가스를 제거하며 데드 존의 형성을 방지하면서 2차 응축기 튜브의 양을 줄일 수 있다.

Description

개선된 2단계 응축기를 갖춘 공랭식 증기 응축기

본 발명은 대규모 현장 설치형 공랭식 산업용 증기 응축기에 관한 것이다.

냉각수의 가용성이 감소하고 비용이 상승함에 따라, 증기 터빈을 포함하는 발전소에서 열을 환경으로 방출하기 위해 간접 증발 냉각탑(indirect evaporative cooling tower) 대신 직접 공랭식 증기 응축기(air-cooled steam condenser, ACC)를 사용한다.

직접 ACC에서, 증기 터빈에서 나오는 증기는 터빈 배기 덕트(turbine exhaust duct)와 증기 덕트 매니폴드(steam duct manifold)를 통해 일련의 1차 응축기 튜브(1단계 응축기)로 공급된다. 1차 응축기 튜브를 빠져나가는 잔류 증기는 이후 일련의 2차 응축기 튜브(2단계 응축기, 디플레그메이터(dephlegmator) 또는 환류 응축기(reflux condenser))에서 응축된다. 2단계 또는 2차 응축기 튜브는 역류를 최소화하는데, 이 역류는 1차 튜브의 출구 매니폴드로부터 1차 튜브 일부의 의도된 출구로의 흐름이다. 역류는 1차 튜브 간의 압력 변화로 인해 발생한다. 출구 압력이 더 높은 튜브는 출구 압력이 낮은 튜브보다 출구 매니폴드의 압력을 높인다. 이로 인해 증기가 출구 매니폴드로부터 출구 압력이 낮은 튜브로 흐르게 된다. 1차 튜브에서 역류가 발생하면, 해당 튜브는 사실상 두 개의 증기 입구가 있고 비응축성 가스에 대한 증기 출구 경로가 없어서, 이들 가스는 포켓(pocket)이나 데드 존(dead zone)으로 축적된다. 응축기 튜브 내에서의 데드 존의 형성은 증기를 응축시키는 ACC의 성능을 감소시키고 튜브 내의 응축수를 동결시킬 수 있다.

증기 경로에서 1차 응축기 튜브 출구 매니폴드의 하류에 위치하는 2차 응축기 튜브는 1차 응축기 튜브를 통한 추가 증기 흐름을 가능하게 하는데, 이는 1차 튜브를 통한 압력 강하를 증가시키고 출구 매니폴드 압력을 감소시킨다. 출구 매니폴드 압력이 감소할 때 역류를 유발하기 위해서는 1차 튜브 사이에 더 큰 압력 변화가 필요하다. 따라서 2단계 응축기는 압력 변화와 데드 존 형성에 더 저항력이 있다. 2차 응축기 튜브는 1차 튜브로부터 비응축성 가스를 수집하여 분리하고 일반적으로 진공 펌프나 증기 분사식 공기 추출기(steam jet air ejector) 또는 두 가지 모두로 구성된 공기 제거 시스템을 통해 대기로 배출된다.

ACC는 일반적으로 모듈(module)이나 셀(cell)의 열(row) 또는 스트리트(street)로 배치되며, 이들 각각은 증기 분배 매니폴드(steam distribution manifold)와 일렬로 배치된다. 여러 열이나 스트리트는 서로 인접하게 배치되어 셀이나 모듈의 직사각형 배열을 형성할 수 있다. 각각의 열이나 스트리트에는 1차 응축기 튜브와 2차 응축기 튜브가 별도의 셀이나 모듈에 포함되어 있거나 그 사이에 산재되어 있다. HEI 표준에 따르면 섹션 2.29에서 "2단계 셀은 나머지 증기와 비응축성 물질을 수집하며 상단의 공기 제거 시스템과 하단의 응축수 헤더와 연결된다. 이는 또한 디플레그메이터, 2차 또는 환류 셀(Reflux cell)이라 불리기도 한다"라고 명시되어 있다.

K Wilber 및 K Zammit(EPRI의 ACC 지침)에 따르면, "셀 또는 모듈의 총 수는 1차 모듈과 2차 모듈의 합이다. 1차 모듈은 대부분의 열 전달과 응축을 담당하고, 2차 셀은 잔열 전달 및 비응축성 물질 수집 및 배출을 담당한다. (…) 1차 모듈의 수는 일반적으로 모듈의 총 수의 약 80%이다. (…) 2차 모듈의 수는 일반적으로 모듈의 총 수의 약 20%이며 일반적으로 열(또는 스트리트)당 하나의 모듈이 있다."

Owen(Stellenbosch 대학교, 공랭식 증기 응축기)은 "CFD, 수치적, 분석적 및 실험적 방법의 조합을 사용하여 실용적인 공랭식 증기 응축기의 증기 측 작동"을 조사했으며, "1차 응축기와 디플레그메이터 성능에서의 증기 흐름 분포"에 특히 주목했다. Owen은 "1차 응축기에서의 증기 흐름은 열교환기 튜브 사이에 불균일한 분포를 나타내는 것으로 나타났다. (...) 불균일한 흐름 분포는 다중-열 1차 응축기 번들의 경우 열 효과(row effect)에 대한 요구 이상으로 디플레그메이터 성능에 대한 추가 요구를 발생시킨다"라는 것을 입증했다. Owen은 그의 조사를 다중-열 응축기 번들의 효과 및 튜브 입구 손실 계수의 횡단 변화의 영향에 집중했다. Owen은 또한 다음과 같이 결론지었다: "단일-열 1차 응축기 번들의 사용은 디플레그메이터에 대한 요구를 줄일 수 있는 가장 큰 잠재력을 갖는다. 1차 응축기의 열 효과를 제거함으로써, 디플레그메이터 부하를 최대 70%까지 줄일 수 있다. 비-이상적인 작동에 대처하기 위한 결과적인 큰 안전 여유는 대규모 ACC에서의 팬(fan) 성능 및 재순환에 대해 충분히 입증된 바람의 부정적인 영향을 고려할 때 매우 바람직하다."

본 발명자들의 실험에 따르면, 단일-열 응축기 튜브 번들을 사용하더라도, ACC의 응축 용량에 영향을 미치는 외부 매개변수 중에서도, 열교환기 튜브 사이의 표면 공기 속도의 변화 및 열교환기의 표면에 대한 풍속의 영향의 결과로서 1차 응축기 튜브에서의 증기 흐름의 불균일한 분포 및 이에 따른 압력 변화가 발생한다는 것이 입증되었다. 이러한 비-이상적인 작동 조건은 2차 응축기 튜브에 부담을 주는데, 이로 인해 본 기술 분야의 숙련자는 2차 응축기 튜브의 비율을 증가시켜 이를 개선하려고 할 것이다. 그러나, 본 발명자들은 2차 튜브의 비율이 증가함에 따라 1차 튜브의 비율이 감소하고, 이에 따라 1차 튜브에서의 증기 속도 및 증기 측 압력 강하가 상응하여 증가한다는 것을 발견했다. 압력 강하의 증가 및 이에 따른 응축 온도의 감소는 특히 저압 작동 조건에서 ACC의 열 성능 또는 응축 용량을 감소시킨다. 따라서 ACC의 전체 치수와 비용을 줄이고, 1차 응축기 튜브의 크기를 최대화하며, 2차 응축기 튜브의 크기를 최소화하는 것이 관심의 대상이다.

본원에 제시된 발명은 발전소 등을 위한 대규모 현장 설치형 공랭식 산업용 증기 응축기에 대한 새롭고 개선된 설계로서, 선행 기술의 ACC에 비해 상당한 개선과 이점을 제공한다. 본 발명의 혁신은 각각의 1차 응축기 튜브의 출구 단부에 흐름 오리피스(flow orifice)를 갖는 캡(cap) 또는 플레이트(plate)가 있어, 각각의 오리피스가 증기 측 압력 손실을 제공하여 출구 매니폴드 압력을 감소시키고 1차 튜브 사이의 역류를 방지한다는 점이다. 오리피스를 통과하는 평균 유량은 설계에서 2차 튜브의 비율에 따라 결정된다. 오리피스의 크기와 2차 튜브의 비율은 출구 매니폴드 압력을 원하는 목표치로 감소시키도록 선택되어, 1차 응축기 튜브에 걸쳐 증기 흐름을 균형 있게 조절함으로써, 역류 위험을 제거하며 1차 응축기 튜브 상단에 데드 존이 형성되는 것을 방지한다.

1차 튜브 출구 오리피스는 튜브 자체의 단면적의 절반 이하의 면적을 가질 수 있다.

각각의 1차 응축기 튜브의 출구 단부에 오리피스를 통합하면, 2차 응축기 튜브의 양을 크게 줄이면서, 출구 헤더 압력을 충분히 감소시켜 역류를 최소화하고, 비응축성 가스를 제거하며 데드 존의 형성을 방지할 수 있다. 2차 응축기 튜브를 통해 비응축성 가스를 분리하고 공기 제거 시스템을 통해 대기로 배출할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 열교환 패널(panel)은 기본적으로 열교환 패널의 중앙에 배치된 일체형 2차 응축기 섹션(section)으로 구성되고, 이의 측면에는 서로 동일하거나 동일하지 않을 수 있는 1차 응축기 섹션이 배치된다. 하단 보닛(bottom bonnet)은 1차 응축기 튜브의 하단부로 증기를 전달하기 위해 하단 튜브 시트(bottom tube sheet)의 하단 측에 연결된 열교환 패널의 하단 길이를 따라 이어진다. 이러한 구성에서, 응축의 제 1 단계는 역류 작동(counter-current operation)에서 발생한다. 튜브의 상단은 상단 튜브 시트(top tube sheet)에 연결되고, 이 시트는 다시 상단 측에서 상단 보닛(top bonnet)에 연결된다. 예를 들어, 개시 내용 전체가 본원에 참조로 포함되는 미국 특허 제10,982,904호를 참조하라. 본 발명에 따르면, 각각의 1차 응축기 튜브는 상부/출구 단부에 캡 또는 플레이트를 포함하고, 캡 또는 플레이트는 좁은 흐름 오리피스를 갖는다. 오리피스는 직사각형, 타원형 또는 원형일 수 있으며, 튜브 자체 단면적의 약 50% 이하의 면적을 가질 수 있다. 응축되지 않은 증기와 비응축성 물질은 오리피스를 통해 1차 응축기 튜브로부터 상단 보닛으로 흐르고, 열교환 패널의 중앙을 향해 흘러 들어가서 2차 응축기 섹션 튜브의 상단으로 유입된다. 이러한 구성에서, 응축의 제 2 단계는 병류 작동(co-current operation)에서 발생한다. 비응축성 물질과 응축수는 2차 튜브의 하단으로부터 하단 보닛 내부에 위치한 내부 2차 챔버로 흘러 들어간다. 비응축성 물질과 응축수는 출구 노즐을 통해 하단 보닛 2차 챔버로부터 배출되고, 비응축성 가스는 분리되어 공기 제거 시스템으로 보내지며, 응축수는 배출되어 1차 응축기 섹션에서 수집된 물과 합류하도록 보내진다. 1차 응축기 튜브의 비율은 ACC의 전체 열교환기 섹션의 90%보다 크고, 2차 응축기 튜브의 비율은 ACC의 전체 열교환기 섹션의 10% 미만이다.

도 1A는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 2단계 열교환 패널의 측면도이다.
도 1B는 도 1A의 상세 A의 흐름 패턴을 도시한다.
도 2는 도 1A의 섹션 B-B를 따라 1차 응축기 튜브를 위에서 아래로 본 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 2단계 열교환 패널의 측면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 열교환 패널의 상면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 열교환 패널의 저면도이다.
도 6은 라인 C-C을 따른 도 3에 도시된 열교환 패널의 단면도이다.
도 7은 라인 D-D를 따른 도 3에 도시된 열교환 패널의 단면도이다.
도 8은 라인 E-E를 따른 도 3에 도시된 열교환 패널의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 대안적인 실시형태에 따른 2단계 열교환 패널과 상부 증기 분배 매니폴드의 측면도이다.
도 10A는 도 9의 라인 A-A를 따른 단면도이다.
도 10B는 도 10A에 도시된 실시형태에 대한 대안적인 실시형태이다.
도 11은 본 발명의 실시형태에 따른 평평한 차폐판(shield plate)을 구비한 도 9에 도시된 유형의 하단 보닛의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시형태에 따른 구부러진 차폐판을 구비한 도 9에 도시된 유형의 하단 보닛의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 실시형태에 따른 대규모 현장 설치형 공랭식 산업용 증기 응축기의 평면도이다.
도 14는 도 13에 도시된 대규모 현장 설치형 공랭식 산업용 증기 응축기의 하나의 셀의 상세 측면도이다.
도 15는 본 발명의 실시형태에 따른 2차 하단 보닛으로부터의 선택적 응축수 배관을 포함하는, 증기 분배 매니폴드 및 열교환 패널로의 이의 연결부의 정면도이다.
도 16은 도 14에 도시된 대규모 현장 설치형 공랭식 산업용 증기 응축기의 하나의 셀의 추가 확대 측면도로서, 두 쌍의 열교환 패널의 단면도를 도시한다.
도 17은 증기 분배 매니폴드가 상승된 터빈 증기 덕트에 직접 연결된 본 발명의 실시형태에 따른 대규모 현장 설치형 공랭식 산업용 증기 응축기의 측면도이다.
도 18은 증기 분배 매니폴드가 상승된 터빈 증기 덕트에 직접 연결된 본 발명의 대안적인 실시형태에 따른 대규모 현장 설치형 공랭식 산업용 증기 응축기의 측면도이다.
도 19는 도 18에 도시된 실시형태의 단면도이다.
도 20은 증기 분배 매니폴드가 단부 라이저(end riser)를 통해 지면 높이의 터빈 배기 덕트에 연결된 본 발명의 실시형태에 따른 대규모 현장 설치형 공랭식 산업용 증기 응축기의 평면도이다.
도 21은 단면 A-A를 따른 도 20의 실시형태의 정면도이다.
도 22는 단면 B-B를 따른 도 20의 실시형태의 정면도이다.
도 23은 매달려 있는 상부 증기 분배 매니폴드를 포함하는 하나의 사전 조립된 응축기 모듈의 상면 사시도를 도시한다.
도 24는 매달려 있는 증기 분배 매니폴드를 포함하는 하나의 사전 조립된 응축기 모듈의 저면 사시도를 도시한다.
도 25는 도 23 및 도 24에 도시된 응축기 모듈에 대응하는 하나의 셀을 위한 팬 데크(fan deck) 및 팬(플레넘(plenum)) 하위 조립체의 상면 사시도를 도시한다.
도 26은 도 23 및 도 24에 도시된 응축기 모듈에 대응하는 하나의 셀을 위한 팬 데크 및 팬(플레넘) 하위 조립체의 하부 사시도를 도시한다.
도 27은 도 23 및 도 24에 도시된 응축기 모듈에 대응하는 하나의 셀을 위한 타워 프레임(tower frame)의 사시도를 도시한다.
도 28은 도 23 및 도 24의 응축기 모듈과 도 27의 타워 섹션 위에 설치된 도 25 및 도 26의 팬 데크 및 팬(플레넘) 하위 조립체를 구비한 완전히 조립된 ACC 셀을 도시한다.
도 29는 각각의 플레넘 섹션 모듈(plenum section module)이 다수의 팬 데크 플레이트(fan deck plate)를 지지하고, 각각의 팬 데크 플레이트가 다수의 팬을 지지하는 본 발명의 실시형태에 따른 팬 데크 플레이트를 도시한다.
도 30은 팬 데크가 열교환 모듈 위의 팬 데크 구조 상에 지지되는 다수의 팬 데크 플레이트를 포함하고, 각각의 팬 데크 플레이트는 다수의 팬을 포함하고, 팬 데크 플레이트는 이들의 세로축이 열교환 패널의 세로축에 수직이 되도록 배치되는, 본 발명의 실시형태를 도시한다.

발명의 요약에 간략하게 기술된 바와 같이, 본 발명의 중요한 혁신은 도 1B에 도시된 바와 같이 출구 오리피스(3)를 갖는 1차 튜브 출구 캡/플레이트(5)를 갖는 ACC용 1차 응축기 튜브이다. 오리피스는 원형, 직사각형, 난형 및 타원형을 포함하는 임의의 형상을 가질 수 있다. 각각의 튜브는 단일 오리피스만 있는 출구 캡/플레이트를 가질 수 있거나, 각각의 튜브의 출구 캡/플레이트가 하나 이상의 오리피스를 가질 수 있다. 하나의 튜브에 대한 모든 출구 오리피스(3)의 총 면적은 바람직하게는 튜브 단면적의 50% 이하이다. 바람직한 실시형태에 따르면, 단일 튜브에 대한 하나 이상의 출구 오리피스의 총 면적은 튜브 단면적의 5% 내지 50%이다. 보다 바람직한 실시형태에 따르면, 단일 튜브에 대한 하나 이상의 출구 오리피스의 총 면적은 튜브 단면적의 10% 내지 40%이다. 훨씬 더 바람직한 실시형태에 따르면, 단일 튜브에 대한 하나 이상의 출구 오리피스의 총 면적은 튜브 단면적의 20% 내지 30%이다. 셀/모듈에서, 셀/모듈의 열이나 스트리트에서, 또는 전체 ACC에 걸쳐 2차 응축기 튜브에 대한 1차 응축기 튜브의 비율은 바람직하게는 90:10이지만, 85:15 내지 95:5의 범위일 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 1차 튜브 출구 오리피스(3)의 크기와 2차 튜브의 비율은 출구 매니폴드 압력을 원하는 목표치로 감소시키도록 선택되어, 1차 응축기 튜브에 걸쳐 증기 흐름을 균형 있게 조절함으로써, 역류 위험을 제거하며 1차 응축기 튜브 상단에 데드 존이 형성되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 특징은 임의의 구성의 ACC와 함께 사용될 수 있지만, 도 3 내지 도 30에 도시된 다양한 구성에 따른 ACC와 함께 사용되는 것이 가장 바람직하다. 도 3 내지 도 8을 참조하면, 열교환 패널(2)은 통합되고 중앙에 위치한 2차 응축기 섹션(6)의 측면에 배치된 두 개의 1차 응축기 섹션(4)을 포함한다. 각각의 열교환 패널(2)은 다수의 개별 응축기 번들(8)로 구성되고, 제 1 서브세트(subset)의 응축기 번들(8)은 중앙에 위치한 2차 섹션(6)을 구성하며, 제 2 서브세트의 다른 응축기 번들(8)은 각각 측면에 배치된 1차 섹션(4)을 구성한다. 1차 및 2차 섹션의 튜브(7)의 치수와 구조는 바람직하게는 1차 섹션의 튜브 상단에 있는 출구 오리피스를 제외하고 동일하다. 상단에서, 1차 및 2차 섹션(4, 6)의 모든 튜브(7)는 상단 튜브 시트(10)에 결합되며, 이들 위에는 열교환 패널(2)의 상단의 길이를 따라 이어지는 중공 상단 보닛(12)이 위치한다. 1차 및 2차 섹션(4, 6)의 모든 튜브(7)의 하단은 하단 보닛(16)의 상단을 형성하는 하단 튜브 시트(14)에 연결된다. 하단 보닛(16)도 마찬가지로 열교환 패널(2)의 길이를 따라 이어진다. 하단 보닛(16)은 1차 섹션(4)의 튜브(7)와 직접 유체 연통하지만, 2차 섹션(6)의 튜브와는 유체 연통하지 않는다. 하단 보닛(16)에는, 이의 길이의 중심점에, 열교환 패널(2)의 모든 증기를 수용하고 1차 섹션(4)으로부터 수집된 응축수의 출구 역할을 하는 하나의 증기 입구/응축수 출구(18)가 장착된다. 하단 보닛(16)의 하단은 바람직하게 열교환 패널(2)의 중간에서 증기 입구/응축수 출구(18)를 향해 보닛(16)의 양단으로부터의 수평에 대해 1° 내지 5°, 바람직하게는 약 3°의 각도로 아래쪽으로 경사진다. 바람직한 실시형태에 따라 그리고 도 9 내지 도 12를 참조하면, 하단 보닛(16)은 증기 흐름으로부터 응축수 흐름을 분할하기 위한 차폐판(20)을 포함할 수 있다. 차폐판(20)은, 차폐판(20)의 상단에 떨어지는 응축수가 차폐판 아래의 공간으로 들어가고 입구/출구(18)를 향해 차폐판 아래로 흐르도록 하는, 천공부(21)를 가질 수 있고 및/또는 물결모양 에지(22)를 가질 수 있거나 다른 개구 또는 구성을 가질 수 있다. 하단 보닛(16)의 단부에서 보았을 때, 차폐판(20)은 증기의 흐름에 대해 하단 보닛(16)이 제공하는 단면을 최대로 하기 위해 거의 수평인 각도(횡방향으로 수평 및 수평으로부터 12° 사이)로 고정된다. 차폐판(20)은 도 11에 도시된 바와 같이 평평하거나 도 12에 도시된 바와 같이 구부러질 수 있다. 상단 튜브 시트(10)와 하단 튜브 시트(14)에는 열교환기를 들어올리고 및/또는 지지하기 위한 리프팅/지지 앵글(15)이 장착될 수 있다.

내부 2차 챔버 또는 2차 하단 보닛(24)은 2차 섹션(6)의 튜브(7)와만 직접 유체 연결되도록 하단 보닛(16) 내부에 장착되고, 2차 섹션(6)의 길이를 연장하지만, 바람직하게는 그 너머로 연장하지는 않는다. 이러한 2차 하단 보닛(24)에는 비응축성 물질 및 응축수를 배출하기 위한 노즐(26)이 장착된다.

열교환 패널(2)을 위한 증기 입구/응축수 출구(18) 및 동일한 ACC 셀/모듈(27) 내의 모든 열교환 패널을 위한 증기 입구/응축수 출구(18)는, 열교환 패널(2) 아래에 위치하고 중심점에서 열교환 패널(2)의 세로축에 수직으로 이어지는 증기 분배 매니폴드(66)에 연결된다(예를 들어, 도 23, 도 24 및 도 30 참조). 이 실시형태에서, 증기 분배 매니폴드(66)는 셀/모듈(27)의 폭을 가로질러 연장되고, 인접한 셀/모듈까지 계속된다. 증기 분배 매니폴드(SDM)(66)의 상부 표면이 각각의 열교환 패널(2)의 중심점 아래를 통과하는 경우, 증기 분배 매니폴드(66)에는 Y자형 노즐(29)이 장착되고, 이는 각각의 인접한 쌍의 열교환 패널(2)의 하단에서 증기 입구/응축수 출구(18)에 연결된다(예를 들어, 도 16 참조).

이러한 구성에 따르면, ACC의 각각의 셀(27)은, 각각의 열교환 패널(2)의 중심점 바로 아래에 위치한 증기 분배 매니폴드(66)로부터 증기를 수용하고, 증기 분배 매니폴드(66)는 하나의 증기 입구/응축수 출구(18)를 통해 셀(27) 내의 각각의 열교환 패널에 증기를 공급한다.

따라서, 산업 공정으로부터의 증기는 터빈 배기 덕트(31)를 따라 지면 높이 또는 그 부근에서, 또는 현장 배치에 적합한 임의의 높이(들)에서 이동한다. 증기 덕트(31)가 본 발명의 ACC에 접근하면, 이는 ACC의 각각의 스트리트(셀의 열)(34)에 하나씩, 다수의 하위 덕트(증기 분배 매니폴드(66))로 분할된다(예를 들어, 도 13 참조). 각각의 증기 분배 매니폴드(66)는 각각의 셀 스트리트(34) 아래로 이동한다. 증기 분배 매니폴드(66)는 응축기 모듈(37)의 프레임(36)에 매달릴 수도 있고, 하부 구조 모듈(62)의 프레임에 지지되거나, 별도의 구조에 의해 아래로부터 지지될 수 있다. 증기 분배 매니폴드(66)는 다수의 Y자형 노즐(29)을 통해 각각의 인접한 쌍의 열교환 패널(2)의 한 쌍의 보닛 입구/출구(18)로 증기를 전달한다(도 15 및 도 16 참조). 증기는 하단 보닛(16)을 따라 그리고 1차 섹션(4)의 튜브(7)를 통해 위로 이동하며, 공기가 1차 응축기 섹션(4)의 핀 튜브(7)를 통과할 때 응축된다. 응축수는 증기에 대해 역류하는 1차 섹션(4)의 동일한 튜브(7)를 따라 이동하고, 하단 보닛(16)에 수집되며, 결국은 증기 분배 매니폴드(66) 및 터빈 배기 덕트(31)를 통해 응축수 수집 탱크로 다시 배출된다(예를 들어, 도 21 참조). 바람직한 실시형태에 따르면, 하단 보닛(16)과 증기 분배 매니폴드(66) 사이의 연결부에는 배출되고/낙하하는 응축수를 유입 증기로부터 분리하기 위해 편향 차폐판(40)이 장착될 수 있다.

응축되지 않은 증기와 비응축성 물질은 상단 보닛(12)에 수집되고 열교환 패널(2)의 중심으로 유입되어, 내부에 형성된 응축수와 병류로 2차 섹션(6)의 튜브(7)를 따라 이동한다. 비응축성 물질은 하단 보닛(16) 내부에 위치한 2차 하단 보닛(24)으로 유입되어 출구 노즐(26)을 통해 배출된다. 2차 섹션(6) 내에 형성된 추가 응축수는 2차 하단 보닛(24)에 수집되고 출구 노즐(26)을 통해 이동한 다음, 응축수 배관(42)을 통해 증기 분배 매니폴드(66)로 이동하여 1차 응축기 섹션(4)으로부터 수집된 물과 합류한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 열교환 패널(2)은 열 부하 및 날씨에 따라 열교환 패널(2)의 팽창 및 수축을 허용하는 다수의 유연한 행거(50)에 의해 응축기 모듈(37)의 프레임(36)에 매달린다. 도 16은 행거(50)가 응축기 모듈(37)의 프레임(36)에 연결되는 방법을 도시하고 있다.

열교환 패널(2)은 각각 독립적으로 열교환 모듈 프레임(36) 내에 로딩되고 지지될 수 있다. 열교환 패널(2)은 다양한 구성 중 임의의 구성에 따라 열교환 모듈 프레임(36) 내에 지지될 수 있다. 도 14 내지 도 16은 인접한 열교환 패널(2)이 V자형 쌍으로 서로 반대 방향으로 수직에 대해 기울어진 상태에서 열교환 모듈 프레임(36) 내에서 독립적으로 지지되는 열교환 패널(2)을 도시하고 있다.

도 17 내지 도 19에 도시된 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 증기 분배 매니폴드(66)는 상승된 터빈 증기 덕트(68)에 직접 연결될 수 있고, 각각의 증기 분배 매니폴드(66)는 응축기 셀(27)의 스트리트/열(34)의 길이를 따라 다수의 열교환 모듈의 열교환 패널의 중심점 아래로 이어진다. 증기 분배 매니폴드(66)는 상기한 바와 같이 열교환 모듈 프레임에 매달릴 수 있거나, ACC 프레임의 다른 부분에 의해 지지될 수 있거나, 별도의 구조에 의해 아래로부터 지지될 수 있다.

도 20 내지 도 27에 도시된 본 발명의 추가의 대안적인 실시형태에 따르면, 다수의 증기 분배 매니폴드(SDM)(66)는 단부 라이저(78)를 통해 지면 높이의 터빈 배기 덕트(GLTED)(76)에 연결될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 본 발명의 ACC는 모듈 방식으로 구성된다. 다양한 실시형태에 따르면, 하부 구조(62)와, 응축기 모듈(37) 및 플레넘 섹션(64)은 지면에서 개별적으로 동시에 동시에 조립될 수 있다. 조립된 응축기 모듈(37)은 들어올려져서 대응하는 완성된 하부 구조(62)의 상부에 배치될 수 있다(예를 들어, 도 23 내지 도 28 참조).

플레넘 섹션 프레임, 플레넘 섹션 프레임 상에 지지된 팬 데크, 팬(들) 및 팬 슈라우드(fan shroud)(들)를 포함하는 각각의 ACC 모듈(27)용 플레넘 섹션(64)은 예를 들어 도 13, 도 14, 도 17 내지 도 22, 도 25 및 도 28에 도시된 바와 같이 하나의 대형 팬과 함께 지면 높이에서 조립될 수 있거나, 도 29 및 도 30에 도시된 바와 같이 다수의 소형 팬(74)을 각각 연속적으로 지지하는 다수의 길다란 팬 데크 플레이트(72)와 함께 조립될 수 있다.

본원에 설명된 조립은 동일 평면에서 수행되는 것으로 설명되지만, 계획 및 구성 방안이 허용하는 경우 다양한 모듈의 조립은 최종 위치에서 수행될 수 있다.

본원의 모든 특징 및 대안적인 실시형태는 호환되지 않는 실시형태를 제외하고 본원에 설명된 모든 다른 특징 및 실시형태와 함께 작동하고 조합하여 사용되기 위한 것이다. 즉, 본원에 설명된 각각의 열교환 모듈 배열, 본원에 설명된 각각의 열교환 패널 배열, 및 본원에 설명된 각각의 튜브 유형 및 각각의 핀 유형, 본원에 설명된 각각의 증기 매니폴드 배열 및 각각의 팬 배열은 호환되는 실시형태의 모든 조합과 함께 다양한 ACC 조립에 사용되기 위한 것이며, 본 발명자들은 이들의 발명이 설명의 목적을 위해 명세서 및 도면에 반영된 실시형태의 예시적인 조합으로 제한되는 것으로 간주하지 않는다.

첨부된 도면의 특징에는 다음 참조 번호로 번호가 매겨진다:
2: 열교환 패널
3: 1차 튜브 출구 오리피스
4: 1차 응축기 섹션
5: 1차 튜브 출구 캡/플레이트
6: 2차 응축기 섹션
7: 튜브
8: 응축기 번들
10: 상단 튜브 시트
12: 상단 보닛
14: 하단 튜브 시트
15: 리프팅/지지 앵글
16: 하단 보닛
18: 증기 입구/응축수 출구
20: 차폐판
21: 천공부
22: 물결모양 에지
24: 2차 하단 보닛
26: (2차 하단 유닛용) 노즐
27: ACC 응축기 모듈(셀)
29: Y자형 노즐
31: 터빈 배기 덕트(통칭)
34: ACC 셀의 스트리트/열
36: (열교환 섹션의) 프레임
37: 열교환 모듈
40: 편향 차폐판
42: 응축수 배관
50: 행거
62: 하부 구조 모듈
64: 플레넘 섹션 모듈
66: 증기 분배 매니폴드(SDM)
68: 상승된 터빈 배기 덕트
72: 팬 데크 플레이트
74: 소형 팬
76: 지면 높이의 터빈 배기 덕트(GLTED)
78: 단부 라이저(GLTE→SDM)

Claims (9)

1. 산업용 증기 생산 시설에 연결된 대규모 현장 설치형 공랭식 산업용 증기 응축기로서,
   응축기 모듈(module)의 열(row)을 포함하는 응축기 스트리트(street)를 포함하고, 각각의 응축기 모듈은 열교환기 섹션(section) 내에 지지되는 다수의 열교환 패널(panel)을 통해 공기를 유입시키는 하나의 팬 또는 다수의 팬을 갖는 플레넘 섹션(plenum section)을 포함하고, 각각의 열교환 패널은 세로축 및 그 세로축에 수직인 가로축을 갖고;
   각각의 열교환 패널은 다수의 튜브, 상기 다수의 튜브 각각의 상단부에 연결되고 그리고 이와 유체 연통하는 상단 보닛(bonnet), 상기 다수의 튜브의 적어도 서브세트(subset)의 하단부에 연결되고 그리고 이와 유체 연통하는 하단 보닛을 포함하고, 상기 하단 보닛은 하나의 증기 입구를 갖고;
   상기 응축기 스트리트는, 상기 열교환기 섹션 아래에 있고 상기 열교환 패널의 중심점에서 상기 열교환 패널의 세로축에 수직인 축을 따라 배치되며 상기 다수의 열교환 패널 아래에서 상기 응축기 스트리트의 길이를 연장하는 증기 분배 매니폴드(manifold)를 더 포함하고, 상기 증기 분배 매니폴드는 그 상단 표면에 다수의 연결부를 가지며, 상기 다수의 연결부 각각은 대응하는 상기 하나의 증기 입구에 연결되도록 구성되고;
   각각의 열교환 패널은 1차 응축기 섹션, 2차 응축기 섹션, 및 상기 2차 응축기 섹션과 상기 1차 응축기 섹션 내의 각각의 튜브의 상단부에 연결되고 그리고 이와 유체 연통하는 상단 보닛을 포함하고, 상기 1차 응축기 섹션의 각각의 상기 상단부는 상기 1차 응축기 섹션 내의 대응하는 튜브의 단면적보다 좁은 면적을 갖는 출구 흐름 오리피스(orifice)를 포함하고, 상기 하단 보닛은 상기 1차 응축기 섹션 내의 각각의 튜브의 하단부에 연결되고 그리고 이와 유체 연통하고, 각각의 열교환 패널은 상기 2차 응축기 섹션 내의 각각의 튜브의 하단부에 연결되고 그리고 이와 유체 연통하는 하단 보닛 내부에 내부 2차 챔버를 더 포함하는, 대규모 현장 설치형 공랭식 산업용 증기 응축기.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   각각의 상기 출구 흐름 오리피스는 상기 대응하는 튜브의 단면적의 50% 이하의 면적을 갖는, 대규모 현장 설치형 공랭식 산업용 증기 응축기.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 1차 응축기 튜브의 양은 전체 열교환기 섹션의 90%보다 크고, 상기 2차 응축기 튜브의 양은 ACC의 전체 열교환기 섹션의 10% 미만인, 대규모 현장 설치형 공랭식 산업용 증기 응축기.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   2차 응축기 섹션은 상기 열교환 패널을 따라 중앙에 위치하고 1차 응축기 섹션에 의해 각각의 단부에서 측면에 배치되는, 대규모 현장 설치형 공랭식 산업용 증기 응축기.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 튜브는 5.2 mm 내지 7 mm의 단면 폭을 갖는, 대규모 현장 설치형 공랭식 산업용 증기 응축기.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 튜브는 6.0 mm의 단면 폭을 갖는, 대규모 현장 설치형 공랭식 산업용 증기 응축기.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 열교환 패널 내의 상기 다수의 튜브는 상기 다수의 평평한 측면에 부착된 핀(fin)을 갖고, 상기 핀은 9 mm 내지 10 mm의 높이를 갖고, 인치당 5 내지 12개의 핀으로 이격된, 대규모 현장 설치형 공랭식 산업용 증기 응축기.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 열교환 패널 내의 상기 다수의 튜브는 상기 다수의 평평한 측면에 부착된 핀을 갖고, 상기 핀은 인접한 튜브 사이의 공간에 걸쳐 18 mm 내지 20 mm의 높이를 갖고 인접한 튜브와 접촉하며, 상기 핀은 인치당 5 내지 12개의 핀으로 이격된, 대규모 현장 설치형 공랭식 산업용 증기 응축기.
   
9. 출구 헤더 압력을 감소시켜 역류를 최소화하고, 비응축성 가스를 제거하며 1차 응축기 튜브에서의 데드 존(dead zone)의 형성을 방지하면서 ACC 내의 2차 응축기 튜브의 양을 줄이기 위한 방법으로서, 표준 1차 응축기 튜브를 대응하는 1차 응축기 튜브의 단면적의 50% 이하의 면적을 갖는 출구 오리피스를 갖는 응축기 튜브로 교체하는 단계를 포함하는, 방법.