KR800001536B1 - 아아크식 전기로에 에너지 공급방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

아아크식 전기로에 에너지 공급방법

제1도는 증기 방생기가 아아크식 전기로용 모선(母線)에서 공급되는 전기 에너지에 의하여 가열되며 증기 터어빈에 접속되여 모선에 전기 에너지를 공급하는 발전기를 구동시키는 형태의 본 발명에 따라 아아크식 전기로에 에너지를 공급하는 장치의 개략 회로도.

제2도는 보조 증기 발생기가 주증기 발생기의 증기 회선내에 설치된 제1도의 유사도.

제3도는 아아크식 전기로의 소모열이 증기를 발생시키는데 사용된 제2도와 유사한 개략도.

제4도는 보조 증기 발생기에서 나온 증기가 별도의 터어빈에 공급되여 아아크식 전기로에 에너지를 공급하는 장치의 개략도.

제5도는 발전기가 가스 터어빈에 의하여 구동되며 터어빈에서 나온 배기가스의 열을 활용하여 증기를 부가적으로 발생시키는 아아크식 전기로에 에너지를 공급하는 장치의 개략도.

본 발명은 엔진으로 구동되는 발전기에 의하여 아아크식 전기로에 에너지를 공급하는 방법에 관한 것이다.

야금처리에 사용되는 아아크식 전기로에 에너지를 공급하는 장치는 실제로 전기로의 가동중에 신속히 불규칙적으로 반복하여 발생하는 단락회로에 의한 부하를 받으므로 전력 공급장치에 걸리는 부하의 영향을 최소한으로 줄일 수 있도록 아아크식 전기로에 에너지를 공급하는 장치의 정격 전력은 전기로의 전력보다 훨씬 커야 한다. 이처럼 고정격 전력을 갖는 전력 공급장치를 어디에서나 사용될 수 있는 것이 아니므로 야금 처리에 사용되는 아아크식 전기로는 자체내에 전력 공급장치를 구비해야 하는데, 이 시스템의 발전기도 또한 높은 부하변동을 받는다. 따라서 구동전력을 발전기에 걸리는 부하에 적용시켜 거의 일정한 속도로 공급 주파수를 일정하게 얻어 낼 필요가 있다. 즉 회로가 차단됨으로써 전기로에 에너지 공급이 차단되어 발전기가 무부하 상태에 놓이게 되면, 발전기의 입력 전력은 이에 따라 감소하며 그 속도는 결코 증가하지 않아야 한다.이어서 회로가 연결되어 발전기에 부하가 걸릴때, 구동장치는 가능한 한 속도의 감소없이 갑작스런 토오크(torque) 부하를 감수할 수 있어야 한다.그런데 일단 구동장치에 부하가 걸리면, 자동 제어장치가 이에 상응하여 동작하기 전에 이미 속도에 약간의 감소가 초래됨으로 상기한 요건을 충족시키는데는 구동장치의 자동제어에 관한 문제의 구동장치 그 자체에 관한 문제가 발생한다.

이러한 이유로, 구동장치의 잉여 전력을 발생시켜 최단 시간내에 원래의 속도로 재가속 될 수 있어야 한다. 특히 엔진이 발전기를 구동하는데 사용될때에는 발전기 구동장치에 대한 요건들은 에너지 소모없이 이루어질수는 없다.

본 발명에 따라면 엔진으로 구동되는 발전기에 의하여 아아크식 전기로에 에너지를 공급하는 방법은 전기로의 소비 전력에 해당하는 전력 소모를 갖인 저항을 작동중 전기로의 에너지가 차단되는 기간중 발전기에 접속시켜 상기 엔진이 발전기를 일정한 부하를 갖인 상태로 구동시키며, 전기 에너지에서 유도되는 저항내의 열 에너지가 물을 증발 시키는데 사용함을 특징으로 한다. 발전기 구동장치는 실제로 자동 제어 동작이 가해질 필요가 없으므로 이러한 제어동작에 내포된 제반문제가 제거되고 장치의 전격 전력이 완전히 활용될 수 있다.

본 발명에 의하면, 엔진은 부분적인 부하 범위내에서 작동하지 않아도 되므로, 충분히 큰 잉여 전력을 이용할 수 있으며,자동조정폭도 크게 확장할 수 있다.이런 까닭에 아아크식 전기로는 설치 비용이 저렴한 자체내의 에너지 공급장치에 의하여 동작될 수 있다.

한편, 개폐될 수 있도록 한 저항은 잉여 에너지를 받아 전력을 공급하는 도면에도시된 전력공급망을 구성하고 있는데, 이때 전기로에 에너지를 공급하는 장치와외부 전력 공급망 사이에는 주파수 감결합(減結合)망과 동 기기가 접속되어야 하며,이를 위해서는 값비싼 디이리스터(thyristor)제어장치가 요구된다.

부하가 최대로 걸려 있는 동안, 전격 전력이 완전히 이용되었다 할지라도 저항에 의해 생성된 증기가 엔진을 구성하는 터어빈에 공급됨으로서 얻어지는 잉여 에너지는 약간 하강된 속도를 보상하는데 사용된다. 가스 터어빈이나 증기 터어빈을 통하여 흐르는 유량(流量)은 통상의 온도와 압력이 고려될 조건하에서, 부가공급되는 증기에 의하여 변화하므로 상기한 작동 방법이 이를 터어빈에 적용될 수 있다.

이와는 반대로, 터어빈을 통한 유체(증기나 가스)의 흐름은 부하가 감소하는 기간동안 감소되므로, 터어빈의 속도는 증가하지 않는다. 이처럼 터어빈에서 유체를 인출해 냄으로서 연료공급율이 변화하더라도 터어빈에 흡입되는 유체의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.

증기 터어빈이 발전기를 구동시키는데 사용될때, 터어빈에서 인출된 증기는 저항에 의하여 가열되는 증기 발생기에 공급되며, 그 결과 축적되는 잉여 에너지는 부하가 증가되는 기간 동안 포화된 증기 상태로서 터어빈에 재순환된다.이 경우 증기발생기는 본 장치를 열적(熱的)으로 안정시키는 증기축적기로서 사용된다.

한편, 저항에 의하여 생성된 증기는 주 증기 발생기에서 터어빈으로 향하는 증기와 합해서 터어빈에 주입되기 전에 과열될 수도 있다. 이 경우 저항에 의하여 가열되는 보조증기 발생기는 주 증기 발생기의 급수장치에 연결되어 있으므로, 잉여 에너지를 소정의 방식으로 발전기를 구동시키는데 사용할 수 있다.

아아크식 전기로에 에너지를 공급하는 설비 장치를 동작시키는데 필요한 에너지를 최소로 축소시키기 위해서는 전기로의 소모열도 활용해야만 한다. 이를 위해서 본 발명 장치에서는 소모열 증기 발생기가 주증기 발생기에 접속되어 아아크식 전기로에서 나오는 소모열로 가열되도록 하였다. 또한 소모열 증기발생기는 부가적으로 별도의 버어너에 의하여 가열되어 높은 효율을 얻을 수 있는 온도 준위로 유지된다.

아아크식 전기로에서 나오는 소모열은 기타 용도로서 활용되기도 한다.즉, 전기로에서 야금 처리될 재료를 예열시키는데 상기 전기로에서 나온 배기 가스를 사용할 수 있다.

소모열 증기 발생기에서 나온 배기가스를 야금 처리된 재료를 예열시키는데 사용할 수 있다면, 전기로의 배기가스 중의 상당한 열은 이런 방식으로 더욱 완전하게 활용될 수 있기 때문에 좀 더 바람직한 결과가 얻어질 것이다.

이를 위하여 야금 처리된 재료를 예열시키는데 사용되는 전기로의 배기가스는 별도의 버어너에 의하여 부가적으로 가열된 뒤 증기 발생기에 주입되기도 한다.

발전기를 구동시키는데 증기 터어빈 보다 내연기관, 가스 터어빈, 또는 디젤기관을 사용한 경우에도 이러한 엔진의 배기가스는 증기 발생기를 가열시키는데 사용될 수 있으며 생성된 증기는 증기 터어빈에서 사용될 수 있다. 이 증기 터어빈은 단지 작은 부하, 또는 일정한 부하를 갖는 전력 공급망에 에너지를 공급하는 별도의 발전기를 구동시키는데 사용되며, 상기 전력 공급망은 정격 전력이 제한되어 아아크식 전기로에 사용되지 않은 외부 전력 공급망에 접속된다. 이러한 전력 공급망은 내연기관에 의한 전력 공급망과는 독립적으로 아아크식 전기로에 에너지를 공급한다. 이와 비숫하게, 증기 터어빈으로 구성되는 장치에서, 잉여 에너지는 별도의 회로망에 에너지를 공급하도록 부가적으로 설치된 발전기를 구동시키는 증기 터어빈에 사용되기도 한다.

상술한 방법은증기 발생기의 전기 저항성 가열기가 스위치를 거쳐 발전기에 나온 모선에 접속되고, 상기 모선이 아아크식 전기로에 에너지를 공급하며 스위치가 발전기에 걸리는 부하에 따라 자동제어장치에 의하여 개폐되는 장치에 의하여 수행될 수 있다. 전기로에의 에너지 공급 및 차단에 따른 발전기 부하의 증감은 발전기 구동장치가 이러한 부하 변동에 따라 적절히 제어되지 않을 경우, 구동장치의 속도 증감을 초래한다. 발전기 구동장치에 대한 이러한 제어 동작은 본 발명에 따른 계기를 사용할 경우, 요구되지 않는데 이는 발전기의 부하 변동에 상응하는 입력 전력을 갖는 저항의 에너지 공급이 전기로의 에너지 공급 및 차단에 의하여 야기되는 발전기 부하의 증감에 따라 조정되기 때문이다. 결과적으로 발전기에 걸리는 부하는 거의 일정하므로 구동 엔진에 가해지는 자동제어 폭은 크기 않아도 된다.

본 발명의 실시예를 첨부도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도면에서, 아아크식 전기로(1)는 모선(母線)(2)으로부터 스위치(3), 절연 변압기(4) 및 초우크(5)를 통하여 급전된다.모선(2)의 에너지는 발전기(6)에서 얻어지는데, 제1도-제4도에 도시된 발전기(6)는 증기 터어빈(7)에 의하여 구동된다. 이 증기터어빈(7)에 가해지는 증기는 주 증기 발생기(8)로 부터 과열기(9)와 급속 차단 발브(10)를 거쳐 공급된다. 터어빈(7)에서 팽창된 증기는 응축기(11)에서 응축되며, 그 응축액은 펌프(12)에 의하여 급수 탱크(13)로 이송된 후, 다시 급수펌프(14)에 의하여 증기 발생기(8)로 이송된다.

증기 발생기(8)와 더불어, 전기 저항성 가열기(16)를 구비한 보조증기 발생기가 설치되는데, 이 가열기(16)는 스위치(17)를 거쳐 아아크식 전기로(1)용 모선(2)에 연결된다. 이때 발전기의 부하에 따라 저항성 가열기(16)에 에너지를 공급하거나, 또는 차단함으로서 발전기에 걸리는 부하는 거의 일정하게 유지시키는 자동제어장치(18)에 의하여 스위치(17)가 동작되도록 하고 있다. 이를 위해서 모선(2)에 걸리는 부하와 주파수를 검지하여 발전기에 걸리는 부하를 적절히 제어함으로서 발전기의 속도를 실제로 일정하게 유지시키는 것이다. 스위치(3)에 의하여 전기로(1)에 대하 에너지 공급이 차단되면, 자동제어장치(18)가 이에 따른 모선(2)의 무부하를 검지하여 스위치(17)를 닫음으로서 전기로에 의한 부하와는 다른 전기 저항성가열기(16)에 의한 부하가 가해지도록 한다. 이어서 아아크식 전기로(1)에 에너지가 공급됨에 따라 저항성 가열기(16)의 에너지공급은 차단되어서 발전기(6)에 걸리는 부하는 일정하게 유지된다. 이처럼 저항성 가열기(16)의 소비전력이 전기로(1)의 전력과 같아지도록 가열기(16)의 전기저항이 조정될 수 있다.

전기로에 에너지 공급이 차단되고 저항성 가열기(16)에 에너지가 공급될때 발전기에 걸리는 부하는 거의 일정하므로 증기 터어빈(7)에 대한 자동 조정 범위는 크지 않아도 되며, 따라서 증기터어빈은 그러한 엔진이 요구되는 방식대로 동작할 수 있게 된다.그런데 저항성 가열기(16)에 일시적으로 에너지가 공급되면, 완전하게 일정한 부하를 얻을 수 없으며, 이러한 부하 변동에 기인한 불규칙성은 비교적 작으므로 부분적이나마 적당한 플라이 휘일을 사용하여 보상할 수 있다. 또한 증기 발생기(15)내의 사용 가능한 잉여 에너지는 저항성 가열기(16)에 의하여 사용됨으로서 최대의 부하를 기할 수 있도록 한다. 즉, 증기 축적 보일러로 구성되는 발생기(15)는 탭 밸브(19)를 거쳐 터어빈(7)의 입력 탭에 연결되어 부가되는 증기에 의한 구동에너지를 활용함으로서 발전기를 속히 재가속시켜 적절한 속도로 동작되게 한다.

이와는 달리, 발전기의 속도가 바람직하지 못한 방법으로 증가하게 되면, 증기는 방출 도판(20) 및 밸브(21)를 통하여 터어빈(7)에서 인출된다. 인출된 증기는 비회귀(非回歸) 밸브(22)를 거쳐 급수탱크(13)에 공급되거나, 공급밸브(23)를 통하여 증기 발생기(15)에 공급된다. 따라서 터어빈(7)에서 인출된 증기 에너지는 증기 발생기(15)에 저장되어 있다가, 터어빈의 입력 탭을 통하여 활용될 수 있다.

증기 발생기(15)에서(나온 증기는 이와는 달리 열교환기(24)내의 응축액을 예열시키는데 사용되기도 한다. 열교환기(24)내에 형성된 응축액은 증기가 응축기(11)내에서 응축되어 형성된 응축액과 합해져 급수탱크(13)에 이송된다. 물이나 응축액의 흐름을 제어하기 위하여 도관(導管)내에 설치해야 하는 차단밸브 및 기타 밸브는 도면을 간단명료하게 나타내기 위하여 도시되지 않았다.

보조 증기 발생기(15)는 급수탱크(13)에 연결되어 물을 공급받기도 한다. 이때 물의 공급은 수위 표시장치에 따라 밸브(26)에 의하여 제어된다.

아아크식 전기로(1)에 에너지 공급이 차단되었을때, 발전기(6)에 의하여 발생하여 보조 증기 발생기(15)에 저장되는 잉여 에너지는 주 증기 발생기(8)에 의하여 발생되는 증기에 직접 더해진다. 제2도에 나타낸 구성에서, 보조 증기 발생기(15)에서 나온 증기는 방출밸브(19)를 통하여 주 증기 발생기(8)에 의하여 발생된 증기에 합해져, 터어빈에 주입되기 전에 과열기(9)에서 가열된다.

제3도의 아아크식 전기로(1)에 에너지를 공급하는 설비장치는 제2도에 보인 설비장치와 유사하지만, 전기로(1)에서 나오는 소모열을 사용하여 증기를 발생시키는 장치를 포함하고 있다. 즉, 증기 발생기(8)와 코모열 증기 발생기는 일체로 결합되어 아아크식 전기로(1)에서 나오는 배기 가스판(27)에 연결되어 있으므로, 전기로의 소모열의 열교환작용에 의하여 활용된다. 전기로(1)에서 나온 배기가스는 뜨거운 가스를 주입시키는 것에 의하여 또는 연료를 연소시키는 것에 의하여 더욱 가열된다. 이들 장치는 제3도에서 열료공급관(28)과 콤플레서(29)에서 나온 연소공기 공급판(30)으로 도시되어 있다. 도판(28),(30)은 버어너(31)에 연결된다. 증기발생기(8)에서 배출되는 가스는 배기가스필터(33)를 통하여 배기팬(32)에 의하여 빨리 나가서 굴뚝(도시하지 않음)을 통하여 계속 대기로 방출된다.

보조 증기 발생기(15)내에서 전기 가열기(16)에 의하여 활용되는 잉여 에너지는 반드시 발전기(6)를 구동하는데 사용될 필요는 없다. 제4도에 보인 바와 같이 이 에네지는 자체내에 장치된 다른 증기축적기(34)에 의하여 사용되기도 하며, 이 증기축적기(34)내의 응축액은 펌프(35)에 의하여 소모열보일러(36)로 이동된다. 이 보일러(36)는 버어너(37)에 의하여 부가적으로 가열되며, 아아크식 전기로(1)의 배기가스관(27)에 연결되어 있다. 소모열 보일러(36)에 의하여 생성된 증기는 도관(38)을 통하여 증기축적기(34)로 재순환된 뒤 도관(39)를 거쳐 과열기(40)에 이른다. 여기서 과열된 증기는 증기 터어빈(41)에 공급된 뒤, 응축기(42), 펌프(43)를 거쳐 급수탱크(44)에 도달한다. 급수탱크(43)의 물은 펌프(45)에 의하여 증기측적기(34)에 공급되어 더욱 가열되거나, 펌프(45)에 의하여 증기발생기(15)에 공급된다.

터어빈(41)에 의하여 구동되는 발전기(46)에서 얻어진 전력은 모선(47)을 통하여 별개의 소비장치에 공급되기도 한다. 발전기(46)는 전기동작에 기인한 부하의 변화에 무관한 동작으로 외부 전력 공급장치(49)를 모선(47)에 접속한다.

소모열 보일러(36)와 더불어, 증기 발생기(50)는 증기로 부가적으로 발생시키는데 전기로에서 나온 배기가스의 나머지소모열을 활용한다. 예열로(51)는 소모열 보일러(36)에서 나온 배기가스관중에 설치되어 배기가스에 포함된 열을 재차 활용함으로서 전기로에서 야금처리될 재료를 미리 예열시켜 준다.

발전기(6)를 구동시키는 증기 터어빈은 기타 엔진, 예를들면, 가스 터어빈이나 디젤 엔진등으로 대치될 수 있다. 제5도는 발전기(6) 구동용 가스 터어빈(50)의 실시예를 보여주고 있다. 연소에 필요한 공기는 콤플레서(53)에 의하여 흡입되어 압력을 받은 다음, 연료관(55)에 접속되어 있는 연소실(54)에 공급된다. 압축공기의 일부는 송출밸브(56)를 통하여 송출될 수 있도록 하여 터어빈(52)을 통한 유량을 변화시킴으로서 전기로 동작중의 부하 감소로 야기되는 속도 상승을 보상할 수 있다. 터어빈(52)에 주입되는 연소가스의 기온은 도관(55)을 통한 연료공급에 따라 조정될 수 있는 것이므로, 유량이 감소하더라도 온도를 일정한 상태로 유지할 수 있다. 부하가 가해지면, 송출밸브(56)가 닫히고 연료공급이 증가됨과 동시에 터어빈의 원래 동력이 다시 발생하게 된다. 이같은 제어동작은 결코 터어빈(52)의 동작에 지장을 주지 않는다.

제5도의 실시예에 의하면, 터어빈에서 나온 뜨거운 배기가스의 열은 다시 과열기(57), 증기 발생기(58) 및 급수 예열기(59)를 가열시키는데 사용된다. 한편, 분기관(60)은 증기 발생기(58)(15) 및 소모열 보일러(36)에서 수집된 포화 증기를 터어빈(61)에 가스를 공급하는 과열기(57)에 이송한다. 도한 전기로에서 나온 배기가스에 의하여 소모열 보일러(36)가 가열된다. 그 결과 충분히 과열된 증기는 발전기(62)를 구동시키는 터어빈(61)을 동작시키는데 활용된다. 그리고 발전기(62)의 구동과 부하는 전기로의 부하 변동과는 무관하므로, 전력소비장치(64)와 외부전력 공급장치(65)는 모선(63)을 통하여 에너지를 공급받을 수 있다. 터어빈(61)에서 팽창된 증기는 응축기(66)에서 응축되며, 그 응축액은 펌프에 의하여 급수탱크(68)로 이송된다. 여기서 물론 급수펌프(69)에 의하여 여러개의 증기발생기(58),(15),(36)에 공급된다.

급수탱크(68)에 접속된 회로(70)에서 급수되는 물의 일부는 펌프(71)에 의하여 열교환기(59)를 통하여 순환되면서 예열된다. 본 발명의 실시태양은 다음과 같다.

1. 특허청구의 범위에서 최대의 부하가 걸려 있는 동안 저항에 의하여 생성된 증기가 엔진을 구성하는 터어빈에 공급되는 것을 특징으로 하는 실시.

2. 특허청구의 범위 또는 상기 제1항에서 부하가 감소하고 있는 동안에는 유체(물이나 가스)가 엔진을 구성하는 터어빈에서 인출되는 것을 특징으로 하는 실시.

3. 상기 제1항에서 엔진을 구성하는 터어빈에서 인출된 증기가 저항에 의하여 가열되는 증기 발생기에 공급되는 것을 특징으로 하는 실시.

4. 특허청구의 범위가 상기 제 1,2,3항에서 저항에 의하여 보조 증기발생기에서 발생된 증기가 주 증기발생기에서 전달된 증기와 합해져 엔진을 구성하는 증기 터어빈에 가해지며, 상기한 주 증기 발생기가 공동의 급수장치에 접수되는 것을 특징으로 하는 실시.

5. 특허청구의 범위와 상기 제1-4항에서 소모열 증기발생기가 주 증기 발생기에 연결되며, 아아크식 전기로에서 나온 배기가스에 의하여 가열되는 것을 특징으로 하는 실시.

6. 상기 제5항에서 소모열 증기 발생기가 별도의 버어너에 의해 부가적으로 가열되는 것을 특징으로 하는 실시.

7. 특허청구의 범위와 상기 제1-6항에서 아아크식 전기로에서 야금처리될 재료가 전기로에서 나온 배기가스에 의하여 미리 예열되는 것을 특징으로 하는 실시.

8. 상기 제6항 또는 제7항에서 소모열 증기 발생기에서 나온 배기가스가 야금처리될 재료를 예열시키는데 사용되는 것을 특징으로 하는 실시.

9. 상기 제7항 또는 제8항에서 야금처리될 재료를 예열시키기 위해 전기로에서 나온 배기가스가 부가적으로 설치된 버어너에 의하여 가열한후, 증가발생기에 가해지는 것을 특징으로 하는 실시.

10. 특허청구의 범위와 상기 제1-9항에서 엔진을 구성하는 내연기관에서 나온 배기가스가 터어빈에 증기를 공급하는 증기발생기를 가열시키는데 사용되는 것을 특징으로 하는 실시.

11. 특허청구의 범위와 상기 제1-10항에서 별도의 전력공급망에 전력을 공급하는 발전기를 구동시키기 위하여 저항에 의하여 생성된 증기가 증기 터어빈에 공급되는 것을 특징으로 하는 실시.

12. 특허청구의 범위와 상기 제1-11항에서 증기 발생기내의저항성 가열기가 스위치를 통하여 모선에 접속되어 있으며, 이 모선은 발전기에서 에너지를 얻어 아아크식 전기로에 공급하며, 상기 스위치는 발전기에 걸리는 부하에 따라 자동제어 장치에 의하여 동작되는 실시.

Claims (1)

1. 전기로의 소모 전력에 해당하는 전력 소모를 갖인 저항을 작동중 로의 에너지가 차단되는 기간중 발전기에 접속시켜 엔진이 발전기를 거의 일정한 부하 상태로 구동시키며 전기 에너지로부터 유도되는 저항내의 열에너지를 사용하여 물을 증발시킴을 특징으로 하는 엔진에 의하여 구동되는 발전기에 의하여 아아크식 전기로에 전기 에너지를 공급하는 방법.

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