KR20240067725A - Once-through evaporator of vertical heat recovery steam generator and heat recovery steam generator including the same - Google Patents

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KR20240067725A
KR20240067725A KR1020220149058A KR20220149058A KR20240067725A KR 20240067725 A KR20240067725 A KR 20240067725A KR 1020220149058 A KR1020220149058 A KR 1020220149058A KR 20220149058 A KR20220149058 A KR 20220149058A KR 20240067725 A KR20240067725 A KR 20240067725A
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heat recovery
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김진일
김규만
선칠령
홍종호
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두산에너빌리티 주식회사
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Abstract

본 발명은 수직형 폐열회수보일러의 관류형 증발기 및 이를 포함하는 폐열회수보일러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전열관이, 후단의 내경이 전단의 내경보다 더 크게 형성된 수직형 폐열회수보일러의 관류형 증발기 및 이를 포함하는 폐열회수보일러에 관한 것이다.
본 발명에 따른 수직형 폐열회수보일러의 관류형 증발기 및 이를 포함하는 폐열회수보일러는 전열관이, 후단의 내경이 전단의 내경보다 더 크게 형성되어 정적 불안정 현상을 방지할 수 있다.
 
The present invention relates to a once-through type evaporator of a vertical waste heat recovery boiler and a waste heat recovery boiler including the same. More specifically, a once-through type evaporator of a vertical waste heat recovery boiler in which the heat transfer tube has an inner diameter at the rear end larger than the inner diameter at the front end. and a waste heat recovery boiler including the same.
The once-through evaporator of the vertical waste heat recovery boiler according to the present invention and the waste heat recovery boiler including the same have heat transfer tubes with an inner diameter at the rear end larger than the inner diameter at the front end, thereby preventing static instability.

Description

수직형 폐열회수보일러의 관류형 증발기 및 이를 포함하는 폐열회수보일러 {Once-through evaporator of vertical heat recovery steam generator and heat recovery steam generator including the same}Once-through evaporator of vertical heat recovery steam generator and heat recovery steam generator including the same}

본 발명은 수직형 폐열회수보일러의 관류형 증발기 및 이를 포함하는 폐열회수보일러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전열관이, 후단의 내경이 전단의 내경보다 더 크게 형성된 수직형 폐열회수보일러의 관류형 증발기 및 이를 포함하는 폐열회수보일러에 관한 것이다.The present invention relates to a once-through type evaporator of a vertical waste heat recovery boiler and a waste heat recovery boiler including the same. More specifically, a once-through type evaporator of a vertical waste heat recovery boiler in which the heat transfer tube has an inner diameter at the rear end larger than the inner diameter at the front end. and a waste heat recovery boiler including the same.

복합화력발전이란 1차 발전설비와 2차 발전설비를 조합한 발전 방식이다. 일반적으로 복합화력발전은, 가스터빈 내부에서 연료를 태워 고온의 연소가스를 만들고 이 연소가스로 가스터빈을 돌려 1차로 발전하고, 1차 발전과정에서 배출되는 배기가스의 열을 이용하여 생산된 고온고압의 증기로 증기터빈이 구동되어 2차로 발전하는 방식을 이용한다. 이러한 복합화력발전은 연료의 연소열을 가스터빈에서 1차로 이용하고 이를 배열회수보일러에서 다시 이용하는 방식으로 에너지 이용 효율성이 높으며, 운전을 시작하면서부터 전기를 생산하는데까지 걸리는 시간이 짧다는 장점이 있다. 또한, 청정연료를 사용할 수 있어 친환경적이다.Combined cycle power generation is a power generation method that combines primary and secondary power generation facilities. In general, combined cycle power plants burn fuel inside a gas turbine to create high-temperature combustion gas, use this combustion gas to turn the gas turbine to generate primary power, and use the heat of the exhaust gas discharged during the primary power generation to produce high-temperature combustion gas. A steam turbine is driven by high-pressure steam to generate secondary power. This combined cycle power plant has high energy use efficiency by first using the combustion heat of the fuel in the gas turbine and reusing it in the heat recovery boiler, and has the advantage of shortening the time from starting operation to producing electricity. Additionally, it is environmentally friendly as it can use clean fuel.

고온고압의 증기를 생산하기 위한 배기가스의 열은 열교환장치의 일종인 폐열회수보일러(HRSG, Heat Recovery Steam Generator)에 의해서 회수될 수 있다.The heat of the exhaust gas to produce high-temperature and high-pressure steam can be recovered by a heat recovery steam generator (HRSG), a type of heat exchange device.

폐열회수보일러는 배기가스의 유동 방향에 따라 크게 수평형 방식과 수직형 방식으로 구분될 수 있다. 수평형 방식은 배기가스의 유동방향이 수평 방향으로 유동하는 방식이고, 수직형 방식은 배기가스의 유동 방향이 수직 방향으로 유동하는 방식이다. 수직형 방식은 수평형 방식에 비해 설치 면적이 작다는 장점이 있다.Waste heat recovery boilers can be largely divided into horizontal and vertical types depending on the direction of exhaust gas flow. The horizontal method is a method in which the exhaust gas flows in a horizontal direction, and the vertical method is a method in which the exhaust gas flows in a vertical direction. The vertical method has the advantage of having a smaller installation area than the horizontal method.

또한, 폐열회수보일러는 보일러 내부의 순환 방식에 따라 크게 자연순환 방식과 강제순환 방식으로 구분될 수 있다. 자연순환 방식은 유동이 밀도 차에 의해서 형성되는 방식이고, 강제순환 방식은 보일러 내부의 물 또는 증기의 순환이 별도로 구비된 순환 펌프에 의해서 이루어지는 방식이다.In addition, waste heat recovery boilers can be largely divided into natural circulation and forced circulation types depending on the circulation method inside the boiler. The natural circulation method is a method in which the flow is formed by a density difference, and the forced circulation method is a method in which the circulation of water or steam inside the boiler is achieved by a separately provided circulation pump.

이러한 강제순환 방식 및 수직형 방식의 폐열회수보일러 내부의 증발기에서는 이상유동(two phase flow)으로 인해서, 정적 불안정(static instability)(또는 레디네그 불안정(ledinegg instability)) 현상이 발생할 수 있다. 정적 불안정은 증발기 내부의 압력강하 곡선과 증발기 외부헤드(펌프 등)의 압력강하 곡선 간의 교점이 복수 개가 형성됨에 따라 발생한다. 이러한 정적 불안정은 증발기 내부의 실제 질량 유량이 기설계된 질량 유량과 달라질 수 있다는 문제를 야기시킬 수 있다.In the evaporator inside such forced circulation and vertical waste heat recovery boilers, static instability (or ledinegg instability) may occur due to two phase flow. Static instability occurs when a plurality of intersection points are formed between the pressure drop curve inside the evaporator and the pressure drop curve of the external head (pump, etc.) of the evaporator. This static instability can cause the problem that the actual mass flow rate inside the evaporator may differ from the pre-designed mass flow rate.

상기와 같은 기술적 배경을 바탕으로, 본 발명에 따른 수직형 폐열회수보일러의 관류형 증발기 및 이를 포함하는 폐열회수보일러는 정적 불안정 현상을 방지할 수 있다.Based on the above technical background, the once-through evaporator of the vertical waste heat recovery boiler according to the present invention and the waste heat recovery boiler including the same can prevent static instability phenomenon.

본 발명의 실시예에 따른 관류형 증발기는, 수직형 폐열회수보일러에 적용되는 관류형 증발기에 있어서, 물이 유입되는 입구부, 및 전단이 입구부와 연결되고, 후단에서는 증기가 토출되며, 입구부로부터 유입된 물은 전단에서 후단으로 유동하는 동안 메인가스유동과 열교환하여 증발되는 전열관을 포함하고, 전열관은, 후단의 내경이, 전단의 내경보다 더 크게 형성된다.The once-through type evaporator according to an embodiment of the present invention is a once-through type evaporator applied to a vertical waste heat recovery boiler, in which an inlet part through which water flows and a front end are connected to the inlet part, steam is discharged at the rear end, and the inlet part is connected to the inlet part. The water flowing in from the unit includes a heat transfer tube in which water is evaporated by exchanging heat with the main gas flow while flowing from the front end to the rear end, and the heat transfer tube has an inner diameter at the rear end larger than that at the front end.

또한, 입구부는, 내경이 전열관의 내경보다 작은 가느다란 세관으로 구성될 수 있다.Additionally, the inlet portion may be composed of a thin tubule whose inner diameter is smaller than the inner diameter of the heat transfer tube.

또한, 전열관은, 내경이 서로 다른 복수 개의 전열부를 포함하고, 각 전열부의 내경은, 전열관의 후단 측으로 갈수록 단계적으로 증가할 수 있다.Additionally, the heat transfer tube includes a plurality of heat transfer units with different inner diameters, and the internal diameter of each heat transfer unit may gradually increase toward the rear end of the heat transfer tube.

또한, 전열관은, 전단이 입구부의 후단과 연결되고, 입구부의 내경보다 큰 내경인 제1내경을 갖는 제1전열부 및 전단이 제1전열부의 후단과 연결되고, 제1내경보다 큰 내경인 제2내경을 갖는 제2전열부를 포함할 수 있다.In addition, the heat transfer tube includes a first heat transfer portion having a front end connected to the rear end of the inlet portion and a first inner diameter that is a larger inner diameter than the inner diameter of the inlet portion, and a first heat transfer portion whose front end is connected to the rear end of the first heat transfer section and an inner diameter that is larger than the first inner diameter. It may include a second heating unit having 2 inner diameters.

또한, 전열관에는, 메인가스의 유로 상에 배치되는 전열핀이 배치될 수 있다.Additionally, heat transfer fins disposed on the main gas flow path may be disposed in the heat transfer tube.

또한, 전열핀은, 전열관에서, 전열관의 전단 측 보다 후단 측에 더 많은 개수가 배치될 수 있다.Additionally, a greater number of heat transfer fins may be disposed on the rear end of the heat transfer pipe than on the front end of the heat transfer pipe.

또한, 입구부에는, 유입되는 물의 압력을 조절하도록 구비되는 오리피스가 배치될 수 있다.Additionally, an orifice provided to control the pressure of incoming water may be disposed at the inlet portion.

또한, 입구부는, 내경이 전열관의 내경보다 작은 가느다란 세관으로 구성되고, 세관의 전단에는 입구헤더가 배치되며, 오리피스는 입구헤더에 배치될 수 있다.Additionally, the inlet portion is composed of a thin tubule whose inner diameter is smaller than the inner diameter of the heat transfer tube, an inlet header is disposed at the front end of the tubule, and an orifice may be disposed at the inlet header.

본 발명의 실시예에 따른 수직형 폐열회수보일러는, 외형을 형성하는 케이싱, 케이싱과 가스터빈을 연결하고, 가스터빈으로부터 메인가스가 공급되는 덕트, 및 케이싱 내부에 배티되는 관류형 증발기를 포함하고, 증발기는, 물이 유입되는 입구부, 및 전단이 입구부와 연결되고, 후단에서는 증기가 토출되며, 입구부로부터 유입된 물은 전단에서 후단으로 유동하는 동안 메인가스 유동과 열교환하여 증발되는 전열관을 포함하며, 전열관은, 후단의 내경이, 전단의 내경보다 더 크게 형성된다.A vertical waste heat recovery boiler according to an embodiment of the present invention includes a casing that forms the outer shape, a duct that connects the casing and a gas turbine, and supplies main gas from the gas turbine, and a once-through type evaporator placed inside the casing. , the evaporator is a heat transfer tube that has an inlet through which water flows, and the front end is connected to the inlet, steam is discharged at the rear end, and the water flowing in from the inlet exchanges heat with the main gas flow and evaporates while flowing from the front end to the rear end. It includes, and the heat transfer tube has an inner diameter at the rear end that is larger than the inner diameter at the front end.

또한, 입구부는, 내경이 전열관의 내경보다 작은 가느다란 세관으로 구성될 수 있다.Additionally, the inlet portion may be composed of a thin tubule whose inner diameter is smaller than the inner diameter of the heat transfer tube.

또한, 전열관은, 내경이 서로 다른 복수 개의 전열부를 포함하고, 각 전열부의 내경은, 전열관의 후단 측으로 갈수록 단계적으로 증가할 수 있다.Additionally, the heat transfer tube includes a plurality of heat transfer units with different inner diameters, and the internal diameter of each heat transfer unit may gradually increase toward the rear end of the heat transfer tube.

또한, 전열관은, 전단이 입구부의 후단과 연결되고, 입구부의 내경보다 큰 내경인 제1내경을 갖는 제1전열부 및 전단이 제1전열부의 후단과 연결되고, 제1내경보다 큰 내경인 제2내경을 갖는 제2전열부를 포함할 수 있다.In addition, the heat transfer tube includes a first heat transfer portion whose front end is connected to the rear end of the inlet section and has a first inner diameter that is a larger inner diameter than the inner diameter of the inlet section, and a first heat transfer section whose front end is connected to the rear end of the first heat transfer section and an inner diameter that is larger than the first inner diameter. It may include a second heating unit having an inner diameter of 2.

또한, 전열관에는, 메인가스의 유로 상에 배치되는 전열핀이 배치될 수 있다.Additionally, heat transfer fins disposed on the main gas flow path may be disposed in the heat transfer tube.

또한, 전열핀은, 전 열관에서, 전열관의 전단 측 보다 후단 측에 더 많은 개수가 배치될 수 있다.Additionally, a greater number of heat transfer fins may be disposed on the rear end of the heat transfer pipe than on the front end of the heat transfer pipe.

또한, 입구부에는, 유입되는 물의 압력을 조절하도록 구비되는 오리피스가 배치될 수 있다.Additionally, an orifice provided to adjust the pressure of incoming water may be disposed at the inlet portion.

또한, 입구부는, 내경이 전열관의 내경보다 작은 가느다란 세관으로 구성되고, 세관의 전단에는 입구헤더가 배치되며, 오리피스는 입구헤더에 배치될 수 있다.Additionally, the inlet portion is composed of a thin tubule whose inner diameter is smaller than the inner diameter of the heat transfer tube, and an inlet header is disposed at the front end of the tubule, and an orifice may be disposed at the inlet header.

본 발명에 따른 수직형 폐열회수보일러의 관류형 증발기 및 이를 포함하는 폐열회수보일러는 전열관이, 후단의 내경이 전단의 내경보다 더 크게 형성되어 정적 불안정 현상을 방지할 수 있다.The once-through evaporator of the vertical waste heat recovery boiler according to the present invention and the waste heat recovery boiler including the same have heat transfer tubes with an inner diameter at the rear end larger than the inner diameter at the front end, thereby preventing static instability.

도 1은 본 발명에 따른 수직형 폐열회수보일러가 적용되는 복합화력발전 계통의 일부를 나타낸 계통도이다.
도 2는 본 발명에 따른 수직형 폐열회수보일러를 절개하여 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 폐열회수보일러의 관류형 증발기를 절개하여 나타낸 개념도이다.
도 4는 도 3의 관류형 증발기를 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예의 변형례에 따른 폐열회수보일러의 관류형 증발기를 절개하여 나타낸 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 폐열회수보일러의 압력강하 특성곡선을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 폐열회수보일러의 관류형 증발기를 절개하여 전열핀이 추가로 배치된 모습을 나타낸 개념도이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 폐열회수보일러의 관류형 증발기를 절개하여 확대하여 나타낸 개념도이다.
Figure 1 is a schematic diagram showing a part of a combined cycle power generation system to which the vertical waste heat recovery boiler according to the present invention is applied.
Figure 2 is a conceptual diagram showing a cut-away vertical waste heat recovery boiler according to the present invention.
Figure 3 is a conceptual diagram showing a cutaway view of the once-through type evaporator of a waste heat recovery boiler according to the first embodiment of the present invention.
Figure 4 is an enlarged cross-sectional view of the once-through evaporator of Figure 3.
Figure 5 is a conceptual diagram showing a cutaway view of the once-through type evaporator of a waste heat recovery boiler according to a modification of the first embodiment of the present invention.
Figure 6 is a graph showing the pressure drop characteristic curve of the waste heat recovery boiler according to the first embodiment of the present invention.
Figure 7 is a conceptual diagram showing the once-through evaporator of the waste heat recovery boiler according to the first embodiment of the present invention cut away and additional heat transfer fins disposed.
Figure 8 is a conceptual diagram showing an enlarged cutaway view of the once-through type evaporator of a waste heat recovery boiler according to the second embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can be modified in various ways and can have various embodiments, specific embodiments will be exemplified and explained in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present invention are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present invention, terms such as 'include' or 'have' are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. At this time, note that in the attached drawings, like components are indicated by the same symbols whenever possible. Additionally, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted. For the same reason, some components are exaggerated, omitted, or schematically shown in the accompanying drawings.

 

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 수직형 폐열회수보일러의 관류형 증발기 및 이를 포함하는 폐열회수보일러를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, a once-through evaporator of a vertical waste heat recovery boiler according to the present invention and a waste heat recovery boiler including the same will be described in detail.

 

도 1은 본 발명에 따른 수직형 폐열회수보일러가 적용되는 복합화력발전 계통의 일부를 나타낸 계통도이다. 도 2는 본 발명에 따른 수직형 폐열회수보일러를 절개하여 나타낸 개념도이다.Figure 1 is a schematic diagram showing a part of a combined cycle power generation system to which the vertical waste heat recovery boiler according to the present invention is applied. Figure 2 is a conceptual diagram showing a cut-away vertical waste heat recovery boiler according to the present invention.

이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 폐열회수보일러(1000)가 적용되는 복합화력발전 사이클의 전체적인 과정에 대하여 상세히 설명한다. 복합화력발전 사이클은 가스터빈(100), 스팀터빈(200), 복수기(300), 순환펌프(400), 폐열회수보일러(1000)를 포함한다.Hereinafter, with reference to FIG. 1, the overall process of the combined cycle power generation cycle to which the waste heat recovery boiler 1000 according to an embodiment of the present invention is applied will be described in detail. The combined cycle power generation cycle includes a gas turbine (100), a steam turbine (200), a condenser (300), a circulation pump (400), and a waste heat recovery boiler (1000).

가스터빈(100)에서는 연료와 공기가 혼합된 뒤 연소되어 고온의 연소가스를 생성하고, 고온의 연소가스에 의해서 발생한 동력은 가스터빈(100)에 연결된 발전기를 구동시킨다. 스팀터빈(200)에는 고온 고압의 증기가 공급된다. 스팀터빈(200)으로 공급되는 고온 고압의 증기는 스팀터빈(200)에 연결된 발전기에 구동력을 제공하여, 발전기를 구동시킨다. 스팀터빈(200)에서 증기는 발전기를 구동시키는 동력을 제공한 뒤 복수기(300)로 공급된다. 복수기(300)에서 증기는 냉각되어 복수로 전환된다. 복수기(300)에서는 외부에서 공급되는 냉각수와 같은 냉각수단에 의해 증기가 냉각되어 복수로 전활될 수 포함할 수 있다.In the gas turbine 100, fuel and air are mixed and then combusted to generate high-temperature combustion gas, and the power generated by the high-temperature combustion gas drives a generator connected to the gas turbine 100. High-temperature, high-pressure steam is supplied to the steam turbine 200. High-temperature, high-pressure steam supplied to the steam turbine 200 provides driving force to a generator connected to the steam turbine 200, thereby driving the generator. In the steam turbine 200, steam provides power to drive a generator and is then supplied to the condenser 300. In the condenser 300, the vapor is cooled and converted into condensate. In the condenser 300, the vapor may be cooled by a cooling means such as externally supplied cooling water and converted into condensate.

가스터빈(100)과 스팀터빈(200)의 사이에는 폐열회수보일러(1000)가 배치된다. 폐열회수보일러(1000)에는 가스터빈(100)에서 배출되는 연소가스인 배기가스가 공급되고, 또한, 복수기(300)에서 공급되는 복수 내지 급수인 물이 공급된다. 복수기(300)로 공급되는 물은 순환펌프(400)에 의해서 유동력을 제공받을 수 있다. 순환펌프(400)는 복수기(300)와 폐열회수보일러(1000) 사이에 배치될 수 있다.A waste heat recovery boiler 1000 is disposed between the gas turbine 100 and the steam turbine 200. Exhaust gas, which is combustion gas discharged from the gas turbine 100, is supplied to the waste heat recovery boiler 1000, and water, which is condensate or feed water supplied from the condenser 300, is supplied. The water supplied to the condenser 300 may be provided with a flow force by the circulation pump 400. The circulation pump 400 may be disposed between the condenser 300 and the waste heat recovery boiler 1000.

폐열회수보일러(1000)에서는 배기가스와 물이 서로 열교환하게 된다. 폐열회수보일러(1000)로 공급된 물은 뜨거운 배기가스에 의해 가열되어 증기로 증발되게 된다. 폐열회수보일러(1000)에서 증발되어 생성된 증기는 스팀터빈(200)으로 공급되게 된다. 여기서 폐열회수보일러(1000)에서 생성된 증기는 스팀터빈(200)으로 공급되기 전에 과열기를 추가적으로 통과하여 과열될 수 있다. 이라, 가스터빈(100)에서 배출되는 배기가스의 유동을 메인가스유동(MF)이라 한다.In the waste heat recovery boiler 1000, exhaust gas and water exchange heat with each other. The water supplied to the waste heat recovery boiler (1000) is heated by hot exhaust gas and evaporated into steam. The steam generated by evaporation in the waste heat recovery boiler (1000) is supplied to the steam turbine (200). Here, the steam generated in the waste heat recovery boiler 1000 may be superheated by additionally passing through a superheater before being supplied to the steam turbine 200. So, the flow of exhaust gas discharged from the gas turbine 100 is called main gas flow (MF).

이하, 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 폐열회수보일러(1000)에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예에 따른 폐열회수보일러(1000)는 수직형 폐열회수보일러(1000)이다. 수직형 폐열회수보일러(1000)는 메인가스유동(MF)의 유동 방향이 수직인 폐열회수보일러(1000)이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열회수보일러(1000)는 케이싱(1100) 및 증발기(1200)를 포함한다.Hereinafter, with reference to FIG. 2, a waste heat recovery boiler 1000 according to an embodiment of the present invention will be described in detail. The waste heat recovery boiler 1000 according to an embodiment of the present invention is a vertical waste heat recovery boiler 1000. The vertical waste heat recovery boiler 1000 is a waste heat recovery boiler 1000 in which the flow direction of the main gas flow (MF) is vertical. A waste heat recovery boiler 1000 according to an embodiment of the present invention includes a casing 1100 and an evaporator 1200.

케이싱(1100)은 폐열회수보일러(1000)의 외형을 형성한다. 케이싱(1100)은 수직 방향으로 길게 연장되어 형성될 수 있다. 케이싱(1100)의 하측에는 케이싱(1100)과 가스터빈(100)을 연결하는 덕트(1110)가 배치될 수 있다. 덕트(1110)에서는 가스터빈(100)의 메인가스유동(MF)이 공급되고, 덕트(1110)의 단면적은 메인가스유동(MF)의 유동 방향을 따라서 확장될 수 있다. 덕트(1110)에서는 메인가스유동(MF)이 수평 방향으로 유동하다가 수직 방향으로 전환될 수 있다. 한편, 케이싱(1100)의 상측에는 메인가스유동(MF)이 배출되는 스택(1120)이 배치될 수 있다.The casing 1100 forms the external shape of the waste heat recovery boiler 1000. The casing 1100 may be formed to extend long in the vertical direction. A duct 1110 connecting the casing 1100 and the gas turbine 100 may be disposed on the lower side of the casing 1100. The main gas flow (MF) of the gas turbine 100 is supplied through the duct 1110, and the cross-sectional area of the duct 1110 may be expanded along the flow direction of the main gas flow (MF). In the duct 1110, the main gas flow (MF) may flow in the horizontal direction and then switch to the vertical direction. Meanwhile, a stack 1120 through which the main gas flow (MF) is discharged may be disposed on the upper side of the casing 1100.

케이싱(1100)의 내부에는 증발기(1200)가 배치된다. 증발기(1200)에서는 물이 유입되고 물이 증발되어 증기로 배출될 수 있다. 물은 증발기(1200)의 입구헤더(1210)로 유입될 수 있다. 증발된 증기는 증발기(1200)의 출구헤더(1220)에서 배출될 수 있다. 증발기(1200)는 복수 번 절곡된 지그재그 형상의 배관구조로 형성될 수 있고, 절곡된 부분을 제외하고는 각각의 배관이 수평 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 즉, 증발기(1200)는 수평형으로 형성된 관류형 증발기(1200)일 수 있다.An evaporator 1200 is disposed inside the casing 1100. In the evaporator 1200, water may flow in and the water may be evaporated and discharged as steam. Water may flow into the inlet header 1210 of the evaporator 1200. The evaporated vapor may be discharged from the outlet header 1220 of the evaporator 1200. The evaporator 1200 may be formed in a zigzag-shaped piping structure that is bent a plurality of times, and each pipe may be formed to extend in the horizontal direction except for the bent portion. That is, the evaporator 1200 may be a once-through type evaporator 1200 formed horizontally.

케이싱(1100)의 내부에 배치된 증발기(1200)에서는 메인가스유동(MF)이 통과하게 된다. 메인가스유동(MF)이 증발기(1200)를 통과하는 과정에서 증발기(1200) 내부에 유동하는 물과 열교환을 하게 되고, 이 과정에서 증발기(1200) 내부에서 유동하는 물은 증기로 상변환하게 된다.The main gas flow (MF) passes through the evaporator 1200 disposed inside the casing 1100. As the main gas flow (MF) passes through the evaporator 1200, it exchanges heat with the water flowing inside the evaporator 1200, and in this process, the water flowing inside the evaporator 1200 is phase converted into steam. .

증발기(1200)의 입구헤더(1210)와 복수기(300) 사이에는 순환펌프(400)가 배치될 수 있고, 순환펌프(400)는 복수기(300)로부터 제공되는 물을 증발기(1200)의 입구헤더(1210)에 공급할 수 있다. 증발기(1200)의 출구헤더(1220)에서 배출되는 증기는 스팀터빈(200)으로 공급될 수 있다. 또는 증발기(1200)의 출구헤더(1220)에서 배출되는 증기는 스팀터빈(200)으로 공급되기 전에 과열기를 거친 뒤에 스팀터빈(200)으로 공급될 수도 있다.A circulation pump 400 may be disposed between the inlet header 1210 of the evaporator 1200 and the condenser 300, and the circulation pump 400 transfers water provided from the condenser 300 to the inlet header of the evaporator 1200. It can be supplied at (1210). Steam discharged from the outlet header 1220 of the evaporator 1200 may be supplied to the steam turbine 200. Alternatively, the steam discharged from the outlet header 1220 of the evaporator 1200 may be supplied to the steam turbine 200 after passing through a superheater before being supplied to the steam turbine 200.

 

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 폐열회수보일러의 관류형 증발기를 절개하여 나타낸 개념도이고, 도 4는 도 3의 관류형 증발기를 확대하여 나타낸 단면도이며, 도 5는 본 발명의 제1실시예의 변형례에 따른 폐열회수보일러의 관류형 증발기를 절개하여 나타낸 개념도이고, 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 폐열회수보일러의 압력강하 특성곡선을 나타낸 그래프이다.Figure 3 is a conceptual diagram showing the once-through type evaporator of the waste heat recovery boiler according to the first embodiment of the present invention cut away, Figure 4 is an enlarged cross-sectional view showing the once-through type evaporator of Figure 3, and Figure 5 is the first embodiment of the present invention. It is a conceptual diagram showing a cut-through type evaporator of a waste heat recovery boiler according to a modification of the embodiment, and Figure 6 is a graph showing the pressure drop characteristic curve of the waste heat recovery boiler according to the first embodiment of the present invention.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 관류형 증발기(1200) 및 이를 포함하는 폐열회수보일러(1000)에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 제1실시예에 따른 관류형 증발기(1200)는 입구부(1300) 및 전열관(1400)을 포함하고, 입구부(1300)는 세관(1310)을 포함한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 3 and 4, the once-through evaporator 1200 and the waste heat recovery boiler 1000 including the same according to the first embodiment of the present invention will be described in detail. The once-through evaporator 1200 according to the first embodiment of the present invention includes an inlet 1300 and a heat transfer tube 1400, and the inlet 1300 includes a tubule 1310.

입구부(1300)는 증발기(1200)에서 물이 유입되는 배관이다. 입구부(1300)에서는 복수기(300)로부터 공급되는 물이 유입될 수 있다. 입구부(1300)의 입구에는 입구헤더(1210)가 배치될 수 있다. 세관(1310)은 가느다란 배관으로서, 내경이 입구부내경(DI)으로 형성될 수 있다. 세관(1310)이 배치됨에 따라 증발기(1200)의 압력특성 곡선이 변화하여, 증발기(1200) 내부의 유동 불안정이 개선될 수 있다.The inlet 1300 is a pipe through which water flows from the evaporator 1200. Water supplied from the condenser 300 may flow into the inlet 1300. An entrance header 1210 may be placed at the entrance of the entrance unit 1300. The tubule 1310 is a thin pipe, and its inner diameter may be formed as the inlet inner diameter (DI). As the tubule 1310 is disposed, the pressure characteristic curve of the evaporator 1200 changes, and flow instability inside the evaporator 1200 can be improved.

전열관(1400)은 전단이 입구부(1300)의 후단과 연결되고, 후단에서는 증기가 토출되는 배관이다. 전열관(1400)의 후단에는 출구헤더(1220)가 배치될 수 있다. 전열관(1400)의 전단에는 입구부(1300)로부터 유입된 물이 공급되고, 물이 전열관(1400)의 후단으로 유동하는 동안 메인가스유동(MF)과 열교환하여 증발된 후에 토출되게 된다. 전열관(1400)은 후단의 내경이 전단의 내경보다 더 크게 형성된다.The heat transfer pipe 1400 is a pipe whose front end is connected to the rear end of the inlet part 1300, and steam is discharged from the rear end. An outlet header 1220 may be disposed at the rear end of the heat pipe 1400. Water introduced from the inlet 1300 is supplied to the front end of the heat transfer pipe 1400, and while the water flows to the rear end of the heat transfer pipe 1400, it exchanges heat with the main gas flow MF and is evaporated before being discharged. The heat transfer tube 1400 has an inner diameter at the rear end that is larger than the inner diameter at the front end.

또한, 세관(1310)의 내경인 입구부내경(DI)은 전열관(1400)의 내경보다 작게 구성될 수 있따. 즉, 증발기(1200)는, 입구부(1300)의 세관(1310)의 입구부내경(DI)이 전열관(1400)의 전단의 내경보다 작고, 전열관(1400)의 전단의 내경은 전열관(1400)의 후단의 내경보다 작게 형성될 수 있다.Additionally, the inlet inner diameter (DI), which is the inner diameter of the tubule 1310, may be smaller than the inner diameter of the heat transfer tube 1400. That is, in the evaporator 1200, the inlet inner diameter (DI) of the tubule 1310 of the inlet 1300 is smaller than the inner diameter of the front end of the heat transfer tube 1400, and the inner diameter of the front end of the heat transfer tube 1400 is smaller than the inner diameter of the front end of the heat transfer tube 1400. It may be formed smaller than the inner diameter of the rear end of.

전열관(1400)은 내경이 서로 다른 복수 개의 전열부를 포함할 수 있고, 각각의 전열부의 내경들은 전열관(1400)의 전단에서 후단 측으로 갈수록 단계적으로 증가하도록 형성될 수 있다. 전열관(1400)은 제1전열부(1410) 및 제2전열부(1420)를 포함할 수 있다.The heat pipe 1400 may include a plurality of heat transfer units with different inner diameters, and the internal diameters of each heat transfer unit may be formed to gradually increase from the front end to the rear end of the heat transfer tube 1400. The heat pipe 1400 may include a first heat transfer unit 1410 and a second heat transfer unit 1420.

제1전열부(1410)는 전단이 입구부(1300)의 후단과 연결되고, 제1내경(D1)의 내경을 갖는 전열관(1400)이다. 제1내경(D1)은 입구부내경(DI)보다 크게 형성된다. 제2전열부(1420)는 전단이 제1전열부(1410)의 후단과 연결되고, 제2내경(D2)의 내경을 갖는 전열관(1400)이다. 제2내경(D2)은 제1내경(D1)보다 크게 형성된다. 즉, 증발기(1200)에서 입구부(1300), 제1전열부(1410), 제2전열부(1420)로 갈수록 순차적 단계적으로 내경이 증가할 수 있다.The first heat transfer unit 1410 is a heat transfer tube 1400 whose front end is connected to the rear end of the inlet unit 1300 and has an internal diameter of the first internal diameter D1. The first inner diameter D1 is formed to be larger than the inlet inner diameter DI. The second heat transfer unit 1420 is a heat transfer tube 1400 whose front end is connected to the rear end of the first heat transfer unit 1410 and has an inner diameter of the second inner diameter D2. The second inner diameter D2 is formed to be larger than the first inner diameter D1. That is, the inner diameter may increase in sequential steps from the evaporator 1200 to the inlet 1300, the first heat transfer unit 1410, and the second heat transfer unit 1420.

세관(1310)과 제1전열부(1410)의 사이 및, 제1전열부(1410)와 제2전열부(1420)의 사이에는 각각 테이퍼부(1500)가 배치될 수 있다. 구체적으로, 세관(1310)과 제1전열부(1410)의 사이에는 제1테이퍼부(1510)가 배치되고, 제1전열부(1410)와 제2전열부(1420)의 사이에는 제2테이퍼부(1520)가 배치될 수 있다. 테이퍼부(1500)에서는 후단 측으로 갈수록 내경이 완만하게 증가한다. 테이퍼부(1500)가 배치됨에 따라, 내경이 불연속적으로 증가하는 것을 방지할 수 있어, 유동 박리 현상을 방지하고 유동 안정성을 개선시킬 수 있다. 한편, 테이퍼부(1500)는 표면의 단면이 직선 형태 또는 라운드진 곡선 형태로 형성될 수 있다.A tapered portion 1500 may be disposed between the tubule 1310 and the first heating unit 1410 and between the first heating unit 1410 and the second heating unit 1420, respectively. Specifically, a first tapered portion 1510 is disposed between the tubule 1310 and the first heating portion 1410, and a second tapered portion is disposed between the first heating portion 1410 and the second heating portion 1420. Unit 1520 may be disposed. In the tapered portion 1500, the inner diameter gradually increases toward the rear end. As the tapered portion 1500 is disposed, the inner diameter can be prevented from discontinuously increasing, thereby preventing flow separation and improving flow stability. Meanwhile, the tapered portion 1500 may have a straight cross-section or a rounded curved surface.

또한, 도 5에 도시된 것과 같이, 전열관(1400)은 제3전열부(1430)를 더 포함할 수도 있다. 제3전열부(1430)는 전단이 제2전열부(1420)의 후단과 연결되고, 제3내경(D3)을 갖는 전열관(1400)이다. 제3내경(D3)은 제2내경(D2)보다 크게 형성된다. 이 경우, 증발기(1200)에서 입구부(1300), 제1전열부(1410), 제2전열부(1420), 제3전열부(1430)로 갈수록 순차적 단계적으로 내경이 증가할 수 있다. 또한, 전열관(1400)은 위와 같이 2개 내지 3개의 전열부로 구성되는 것뿐만 아니라, 내경이 후단으로 갈수록 단계적으로 증가하는 4개 이상의 전열부로 구성될 수도 있다.In addition, as shown in FIG. 5, the heat transfer pipe 1400 may further include a third heat transfer unit 1430. The third heat transfer unit 1430 is a heat transfer tube 1400 whose front end is connected to the rear end of the second heat transfer unit 1420 and has a third inner diameter D3. The third inner diameter (D3) is formed to be larger than the second inner diameter (D2). In this case, the inner diameter may increase in sequential steps from the evaporator 1200 to the inlet 1300, the first heat transfer unit 1410, the second heat transfer unit 1420, and the third heat transfer unit 1430. In addition, the heat pipe 1400 may be composed not only of two to three heat transfer parts as above, but may also be composed of four or more heat transfer parts whose inner diameter gradually increases toward the rear end.

이하, 도 6을 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 관류형 증발기(1200)의 유동 안정성에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 6, the flow stability of the once-through type evaporator 1200 according to the first embodiment of the present invention will be described in detail.

증발기(1200)의 전단에서의 유동과 후단에서의 유동 간에는 압력 차이가 발생하고, 이러한 압력차이를 시스템 압력강하(system pressure drop)이라 한다. 시스템 압력강하는 유동의 질량 유속에 따라서 변화하게 된다. 증발기(1200)의 내부에서는 물이 증발하기 때문에, 물과 증기가 함께 유동하는 이상유동(two phase flow) 현상이 발생한다. 기상인 증기의 압력강하 변화는 액상인 물의 압력강하의 변화보다 더 크게 형성된다. 이에 따라, 이상유동 상태인 증발기(1200)의 시스템 압력강하 곡선(가로축이 질량 유속(mass velocity)이고, 세로축이 압력강하(pressure drop)인 곡선)은 기울기가 양값이었다가 음값으로 변한 후 다시 양값으로 변하는 마루와 골을 갖는 형태로 형성된다(도 6의 얇은 실선 참조).A pressure difference occurs between the flow at the front end and the flow at the rear end of the evaporator 1200, and this pressure difference is called a system pressure drop. The system pressure drop varies depending on the mass flow rate of the flow. Since water evaporates inside the evaporator 1200, a two phase flow phenomenon occurs in which water and steam flow together. The change in pressure drop of gaseous vapor is larger than the change in pressure drop of liquid water. Accordingly, the system pressure drop curve (a curve with mass velocity on the horizontal axis and pressure drop on the vertical axis) of the evaporator 1200 in a two-phase flow state had a positive slope, then changed to a negative value, and then returned to a positive value. It is formed in a shape with ridges and valleys that change into (see thin solid line in Figure 6).

한편, 증발기(1200) 내부의 유량은 증발기 외부헤드의 압력강하 곡선에 의해서 결정된다. 여기서, 외부헤드는 유동력(driving force)을 제공하는 헤드(head)로서, 입구헤더(1210) 및 출구헤더(1220) 사이의 높이 차 또는 순환펌프(400) 등에 의해서 결정될 수 있다(도 6의 A 점선 참조). 보다 구체적으로, 증발기(1200) 내부의 유량은 시스템 압력강하 곡선과 외부헤드의 압력강하 곡선 간의 교점에서 결정된다. 이상유동 상태에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기의 교점이 1, 2 및 3으로 3개가 형성될 수 있다. 이 경우, 증발기(1200) 내부의 유량은 1 내지 3의 교점 중 어느 하나로 결정될 수 있다. 증발기(1200)가 만약 복수 개가 병렬로 배치되는 경우, 증발기(1200) 내부의 유량은 어느 하나로 결정되는 것이 아닌 1 내지 3의 교점 중 어느 하나가 임의적으로 결정될 수 있다. 이에 따라, 최초 설계 유량(교점 1)과 다른 질량 유량이 증발기(1200) 내부에서 흐를 수 있게 된다. 이러한 유동의 불안정은 정적 불안정(static instability)(또는 레디네그 불안정(ledinegg instability))이라고 한다. 만약, 유량이 최초 설계 유량보다 적을 경우, 증발기(1200)의 후단에서 증기가 지나치게 과열될 수 있다는 문제가 발생할 수도 있다.Meanwhile, the flow rate inside the evaporator 1200 is determined by the pressure drop curve of the external head of the evaporator. Here, the external head is a head that provides driving force, and may be determined by the height difference between the inlet header 1210 and the outlet header 1220 or the circulation pump 400 (see Figure 6). (see dotted line A). More specifically, the flow rate inside the evaporator 1200 is determined at the intersection between the system pressure drop curve and the pressure drop curve of the external head. In a two-phase flow state, as shown in FIG. 6, three intersections may be formed: 1, 2, and 3. In this case, the flow rate inside the evaporator 1200 may be determined at any one of the intersection points 1 to 3. If a plurality of evaporators 1200 are arranged in parallel, the flow rate inside the evaporators 1200 may not be determined by any one, but any one of the intersection points 1 to 3 may be arbitrarily determined. Accordingly, a mass flow rate different from the initial design flow rate (intersection point 1) can flow inside the evaporator 1200. This instability of the flow is called static instability (or ledinegg instability). If the flow rate is less than the initial design flow rate, a problem may occur in that the steam may be excessively overheated at the rear of the evaporator 1200.

본 발명의 제1실시예에 따른 증발기(1200)는 전열관(1400)이, 후단의 내경이 전단의 내경보다 크게 형성되기 때문에, 시스템 압력강하 곡선이 보다 완만하게 형성될 수 있다(도 6의 굵은 실선 참조). 이 경우, 시스템 압력강하 곡선과 외부헤드의 압력강하 곡선 간의 교점이 1개(교점 1)만 형성되어, 정적 불안정 현상이 방지될 수 있다. 또한, 입구부(1300)가 세관(1310)을 포함함에 따라, 시스템 압력강하 곡선이 보다 더 완만하게 형성되어, 정적 불안정 현상이 보다 확실하게 방지될 수 있다.In the evaporator 1200 according to the first embodiment of the present invention, since the heat transfer pipe 1400 is formed with an inner diameter at the rear end larger than the inner diameter at the front end, the system pressure drop curve can be formed more gently (the thick line in FIG. 6 (see solid line). In this case, only one intersection point (intersection point 1) is formed between the system pressure drop curve and the pressure drop curve of the external head, and static instability phenomenon can be prevented. In addition, as the inlet portion 1300 includes the tubule 1310, the system pressure drop curve is formed more gently, and static instability phenomenon can be more reliably prevented.

도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 폐열회수보일러의 관류형 증발기를 절개하여 전열핀이 추가로 배치된 모습을 나타낸 개념도이다.Figure 7 is a conceptual diagram showing the once-through evaporator of the waste heat recovery boiler according to the first embodiment of the present invention cut away and additional heat transfer fins disposed.

이하, 도 7을 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 관류형 증발기(1200)에 전열핀이 추가로 배치된 구조에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 제1실시예에 따른 관류형 증발기(1200)에는 전열핀(1600)이 추가로 배치될 수 있고, 전열핀(1600)이 배치됨에 따라, 증발기(1200)의 내부 유동과 메인가스유동(MF) 간의 열교환의 열전달 효율이 증가할 수 있다.Hereinafter, with reference to FIG. 7, the structure in which heat conduction fins are additionally disposed in the once-through type evaporator 1200 according to the first embodiment of the present invention will be described in detail. Heat conduction fins 1600 may be additionally disposed in the once-through type evaporator 1200 according to the first embodiment of the present invention, and as the heat conduction fins 1600 are disposed, the internal flow of the evaporator 1200 and the main gas flow The heat transfer efficiency of heat exchange between (MF) can be increased.

전열핀(1600)은 증발기(1200)의 영역에 따라 다르게 배치될 수 있다. 구체적으로, 입구부(1300)의 영역이 제1영역(A1)이고, 제1전열부(1410)의 영역이 제2영역(A2)이고, 제2전열부(1420)의 영역이 제3영역(A3)일 때, 전열핀(1600)은 제1영역(A1), 제2영역(A2), 제3영역(A3)에서 각각 다르게 배치될 수 있다.The heating fins 1600 may be arranged differently depending on the area of the evaporator 1200. Specifically, the area of the inlet 1300 is the first area A1, the area of the first heat transfer unit 1410 is the second area A2, and the area of the second heat transfer unit 1420 is the third area. When (A3), the heating fins 1600 may be arranged differently in the first area (A1), the second area (A2), and the third area (A3).

예를 들어, 제1영역(A1)은 메인가스유동(MF) 후류의 영역인 제1-1영역(A1-1)과 메인가스유동(MF) 상류의 영역인 제1-2영역(A1-2)으로 구분되고, 전열핀(1600)은 제1-1영역(A1-1)을 제외한 제1영역(A1)과 제2영역(A2) 및 제3영역(A3)에 배치될 수 있다. 제1-1영역(A1-1)은 메인가스유동(MF)의 온도가 비교적 낮은 영역이라 전열핀(1600)의 배치가 불필요할 수 있기 때문이다.For example, the first area (A1) is the 1-1 area (A1-1), which is the area downstream of the main gas flow (MF), and the 1-2 area (A1-), which is the area upstream of the main gas flow (MF). 2), and the heating fins 1600 may be disposed in the first area (A1), the second area (A2), and the third area (A3) excluding the 1-1 area (A1-1). This is because the 1-1 area (A1-1) is an area where the temperature of the main gas flow (MF) is relatively low, so the arrangement of the heat conduction fins 1600 may not be necessary.

또한, 전열핀(1600)은 제1영역(A1) 측에서 제3영역(A3) 측으로 갈수록 더욱 많은 개수가 배치될 수 있다. 즉, 입구부(1300) 측에서 보다 제1전열부(1410) 측으로 갈수록, 제2전열부(1420) 측으로 갈수록 더 많은 개수의 전열핀(1600)이 배치될 수 있다. 메인가스유동(MF)은 상류 측으로 갈수록 온도가 상대적으로 높아지기 때문에 전열핀(1600)이 이와 같이 배치될 경우, 증발기(1200)의 열전달 효율이 증가할 수 있다.Additionally, the number of heating fins 1600 may increase as it moves from the first area (A1) to the third area (A3). That is, a greater number of heat conduction fins 1600 may be disposed toward the first heat conduction portion 1410 and the second heat conduction portion 1420 than from the inlet portion 1300 side. Since the temperature of the main gas flow (MF) becomes relatively higher toward the upstream side, when the heat transfer fins 1600 are arranged in this way, the heat transfer efficiency of the evaporator 1200 can be increased.

 

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 폐열회수보일러의 관류형 증발기를 절개하여 확대하여 나타낸 개념도이다.Figure 8 is a conceptual diagram showing an enlarged cutaway view of the once-through type evaporator of the waste heat recovery boiler according to the second embodiment of the present invention.

이하, 도 8을 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 관류형 증발기(1200) 및 이를 포함하는 폐열회수보일러(1000)에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 제2실시예에 따른 관류형 증발기(1200)는 제1실시예와 입구부(1300)에서 차이가 있다. 이하, 설명의 편의상, 본 발명의 제1실시예에 따른 폐열회수보일러(1000)와 중복되는 설명에 대하여는 생략한다.Hereinafter, with reference to FIG. 8, the once-through evaporator 1200 and the waste heat recovery boiler 1000 including the same according to the second embodiment of the present invention will be described in detail. The once-through type evaporator 1200 according to the second embodiment of the present invention is different from the first embodiment in the inlet portion 1300. Hereinafter, for convenience of explanation, descriptions that overlap with those of the waste heat recovery boiler 1000 according to the first embodiment of the present invention will be omitted.

본 발명의 제2실시예에 따른 관류형 증발기(1200)는 입구부(1300)에 오리피스(1320)가 배치된다. 오리피스(1320)는 유입되는 물의 압력을 조절하도록 구비될 수 있다. 이에 따라, 증발기(1200)의 시스템 압력강하 곡선이 완만하게 변형되어, 정적 불안정 현상이 효과적으로 방지될 수 있다. 오리피스(1320)는 입구부(1300)의 입구헤더(1210) 측에 배치될 수 있다. 도 8에서는 오리피스(1320)가 입구헤더(1210)의 후단 측에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 입구헤더(1210)의 전단 측에 배치되거나, 입구헤더(1210)의 내부에 배치될 수도 있다.The once-through evaporator 1200 according to the second embodiment of the present invention has an orifice 1320 disposed at the inlet 1300. The orifice 1320 may be provided to adjust the pressure of incoming water. Accordingly, the system pressure drop curve of the evaporator 1200 is gently modified, and static instability phenomenon can be effectively prevented. The orifice 1320 may be disposed on the inlet header 1210 side of the inlet portion 1300. In FIG. 8, the orifice 1320 is shown as being disposed on the rear side of the inlet header 1210, but it may be disposed on the front side of the inlet header 1210 or inside the inlet header 1210.

입구부(1300)는 세관(1310)과 오리피스(1320)를 모두 포함할 수도 있다. 이 경우, 오리피스(1320)는 세관(1310)의 전단 부분에 배치될 수 있다. 세관(1310)과 오리피스(1320)가 함께 배치될 경우, 증발기(1200)의 시스템 압력강하 곡선이 더욱 더 완만하게 변형되어, 정적 불안정 현상이 더욱 효과적으로 방지될 수 있다.The inlet 1300 may include both a tubule 1310 and an orifice 1320. In this case, the orifice 1320 may be disposed at the front portion of the tubule 1310. When the tubule 1310 and the orifice 1320 are arranged together, the system pressure drop curve of the evaporator 1200 is more gently modified, and static instability phenomenon can be more effectively prevented.

 

이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시 형태들을 조합, 치환하여 적시되지 않은 실시 형태를 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다. Although embodiments of the present invention have been described above, this is merely an example and the present invention is not limited thereto, and should be construed as having the widest scope following the basic ideas disclosed in this specification. A person skilled in the art may combine and substitute the disclosed embodiments to implement embodiments not specified, but this also does not deviate from the scope of the present invention. In addition, a person skilled in the art can easily change or modify the embodiments disclosed based on the present specification, and it is clear that such changes or modifications also fall within the scope of the present invention.

100 : 가스터빈
200 : 스팀터빈
300 : 복수기
400 : 순환펌프
1000 : 폐열회수보일러
1100 : 케이싱
1110 : 덕트
1120 : 스택
1200 : 증발기
1210 : 입구헤더
1220 : 출구헤더
1300 : 입구부
1310 : 세관
1320 : 오리피스
1400 : 전열관
1410 : 제1전열부
1420 : 제2전열부
1430 : 제3전열부
1500 : 테이퍼부
1510 : 제1테이퍼부
1520 : 제2테이퍼부
1600 : 전열핀
A1 : 제1영역
A1-1 : 제1-1영역
A1-2 : 제1-2영역
A2 : 제2영역
A3 : 제3영역
D1 : 제1내경
D2 : 제2내경
D3 : 제3내경
DI : 입구부내경
MF : 메인가스유동
100: gas turbine
200: Steam turbine
300: condenser
400: Circulation pump
1000: Waste heat recovery boiler
1100: Casing
1110: duct
1120: stack
1200: Evaporator
1210: Entrance header
1220: Exit header
1300: entrance part
1310: Customs
1320: Orifice
1400: Heat pipe
1410: 1st electric heating unit
1420: 2nd electric heating unit
1430: 3rd electric unit
1500: Taper part
1510: 1st tapered part
1520: 2nd tapered part
1600: Electric heating fin
A1: Area 1
A1-1: Area 1-1
A1-2: Area 1-2
A2: Area 2
A3: Area 3
D1: 1st inner diameter
D2: 2nd inner diameter
D3: Third inner diameter
DI: Inlet inner diameter
MF: Main gas flow

Claims (16)

수직형 폐열회수보일러에 적용되는 관류형 증발기에 있어서,
물이 유입되는 입구부; 및
전단이 상기 입구부와 연결되고, 후단에서는 증기가 토출되며, 상기 입구부로부터 유입된 물은 상기 전단에서 상기 후단으로 유동하는 동안 메인가스유동과 열교환하여 증발되는 전열관을 포함하고, 
상기 전열관은,
상기 후단의 내경이, 상기 전단의 내경보다 더 크게 형성된 관류형 증발기.
 
In a once-through evaporator applied to a vertical waste heat recovery boiler,
An inlet through which water flows; and
The front end is connected to the inlet, steam is discharged at the rear end, and water flowing in from the inlet part includes a heat transfer tube in which water is evaporated by exchanging heat with the main gas flow while flowing from the front end to the rear end,
The heat pipe is,
A once-through type evaporator wherein the inner diameter of the rear end is formed to be larger than the inner diameter of the front end.
제1 항에 있어서,
상기 입구부는,
내경이 상기 전열관의 내경보다 작은 가느다란 세관으로 구성되는 관류형 증발기.
 
According to claim 1,
The entrance part is,
A once-through type evaporator composed of a thin tubule whose inner diameter is smaller than the inner diameter of the heat transfer tube.
제1 항에 있어서,
상기 전열관은,
내경이 서로 다른 복수 개의 전열부를 포함하고,
상기 각 전열부의 내경은, 상기 전열관의 후단 측으로 갈수록 단계적으로 증가하는 관류형 증발기.
 
According to claim 1,
The heat pipe is,
It includes a plurality of heating parts with different inner diameters,
A once-through type evaporator in which the inner diameter of each heat transfer unit gradually increases toward the rear end of the heat transfer tube.
제3 항에 있어서,
상기 전열관은,
전단이 상기 입구부의 후단과 연결되고, 상기 입구부의 내경보다 큰 내경인 제1내경을 갖는 제1전열부; 및
전단이 상기 제1전열부의 후단과 연결되고, 상기 제1내경보다 큰 내경인 제2내경을 갖는 제2전열부를 포함하는 관류형 증발기.
 
According to clause 3,
The heat pipe is,
a first heat transfer portion whose front end is connected to the rear end of the inlet portion and has a first inner diameter that is larger than the inner diameter of the inlet portion; and
A once-through type evaporator, the front end of which is connected to the rear end of the first heat transfer unit, and a second heat transfer unit having a second internal diameter that is larger than the first internal diameter.
제1 항에 있어서,
상기 전열관에는,
메인가스의 유로 상에 배치되는 전열핀이 배치되는 관류형 증발기.
 
According to claim 1,
In the heat pipe,
A once-through type evaporator in which heating fins are placed on the main gas flow path.
제5 항에 있어서,
상기 전열핀은,
상기 전열관에서, 상기 전열관의 상기 전단 측 보다 상기 후단 측에 더 많은 개수가 배치되는 관류형 증발기.
 
According to clause 5,
The heating fin is,
In the heat transfer tube, a once-through type evaporator is disposed in a larger number on the rear end side of the heat transfer tube than on the front end side.
제1 항에 있어서,
상기 입구부에는,
유입되는 물의 압력을 조절하도록 구비되는 오리피스가 배치되는 관류형 증발기.
 
According to claim 1,
At the entrance,
A once-through type evaporator in which an orifice is provided to regulate the pressure of incoming water.
제7 항에 있어서,
상기 입구부는,
내경이 상기 전열관의 내경보다 작은 가느다란 세관으로 구성되고,
상기 세관의 전단에는 입구헤더가 배치되며, 
상기 오리피스는 상기 입구헤더에 배치되는 관류형 증발기.
 
According to clause 7,
The entrance part is,
It is composed of a thin tubule whose inner diameter is smaller than the inner diameter of the heat transfer tube,
An entrance header is placed at the front of the customs office,
A once-through type evaporator wherein the orifice is disposed at the inlet header.
외형을 형성하는 케이싱;
상기 케이싱과 가스터빈을 연결하고, 상기 가스터빈으로부터 메인가스가 공급되는 덕트; 및
상기 케이싱 내부에 배티되는 관류형 증발기를 포함하고,
상기 증발기는, 
물이 유입되는 입구부; 및
전단이 상기 입구부와 연결되고, 후단에서는 증기가 토출되며, 상기 입구부로부터 유입된 물은 상기 전단에서 상기 후단으로 유동하는 동안 메인가스 유동과 열교환하여 증발되는 전열관을 포함하며, 
상기 전열관은,
상기 후단의 내경이, 상기 전단의 내경보다 더 크게 형성된 수직형 폐열회수 보일러.
 
Casing forming the outline;
A duct connecting the casing and a gas turbine and supplying main gas from the gas turbine; and
It includes a once-through type evaporator placed inside the casing,
The evaporator,
An inlet through which water flows; and
The front end is connected to the inlet, steam is discharged at the rear end, and water flowing in from the inlet part includes a heat transfer tube in which water is evaporated by exchanging heat with the main gas flow while flowing from the front end to the rear end,
The heat pipe is,
A vertical waste heat recovery boiler in which the inner diameter of the rear end is larger than the inner diameter of the front end.
제9 항에 있어서,
상기 입구부는,
내경이 상기 전열관의 내경보다 작은 가느다란 세관으로 구성되는 수직형 폐열회수 보일러.
 
According to clause 9,
The entrance part is,
A vertical waste heat recovery boiler composed of thin tubing whose inner diameter is smaller than the inner diameter of the heat transfer tube.
제9 항에 있어서,
상기 전열관은,
내경이 서로 다른 복수 개의 전열부를 포함하고,
상기 각 전열부의 내경은, 상기 전열관의 후단 측으로 갈수록 단계적으로 증가하는 수직형 폐열회수 보일러.
 
According to clause 9,
The heat pipe is,
It includes a plurality of heating parts with different inner diameters,
A vertical waste heat recovery boiler in which the inner diameter of each heat transfer unit gradually increases toward the rear end of the heat transfer tube.
제11 항에 있어서,
상기 전열관은,
전단이 상기 입구부의 후단과 연결되고, 상기 입구부의 내경보다 큰 내경인 제1내경을 갖는 제1전열부; 및
전단이 상기 제1전열부의 후단과 연결되고, 상기 제1내경보다 큰 내경인 제2내경을 갖는 제2전열부를 포함하는 수직형 폐열회수 보일러.
 
According to claim 11,
The heat pipe is,
A first heat transfer portion whose front end is connected to the rear end of the inlet portion and has a first inner diameter that is larger than the inner diameter of the inlet portion; and
A vertical waste heat recovery boiler having a front end connected to a rear end of the first heat transfer unit and a second heat transfer unit having a second internal diameter that is larger than the first internal diameter.
제9 항에 있어서,
상기 전열관에는,
메인가스의 유로 상에 배치되는 전열핀이 배치되는 수직형 폐열회수 보일러.
 
According to clause 9,
In the heat pipe,
A vertical waste heat recovery boiler with heat transfer fins placed on the main gas flow path.
제13 항에 있어서,
상기 전열핀은,
상기 전열관에서, 상기 전열관의 상기 전단 측 보다 상기 후단 측에 더 많은 개수가 배치되는 수직형 폐열회수 보일러.
 
According to claim 13,
The heating fin is,
In the heat transfer tube, a vertical waste heat recovery boiler is disposed more on the rear end side of the heat transfer tube than on the front end side.
제9 항에 있어서,
상기 입구부에는,
유입되는 물의 압력을 조절하도록 구비되는 오리피스가 배치되는 수직형 폐열회수 보일러.
 
According to clause 9,
At the entrance,
A vertical waste heat recovery boiler equipped with an orifice to control the pressure of incoming water.
제15 항에 있어서,
상기 입구부는,
내경이 상기 전열관의 내경보다 작은 가느다란 세관으로 구성되고,
상기 세관의 전단에는 입구헤더가 배치되며, 
상기 오리피스는 상기 입구헤더에 배치되는 수직형 폐열회수 보일러.
According to claim 15,
The entrance part is,
It is composed of a thin tubule whose inner diameter is smaller than the inner diameter of the heat transfer tube,
An entrance header is placed at the front of the customs office,
The orifice is a vertical waste heat recovery boiler disposed at the inlet header.
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