KR820001265B1 - 관류 증기발생기의 블로우다운 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

관류 증기발생기의 블로우다운 장치

제1도는 본 발명을 나타내는 증기발생기의 정단면도.

제2도는 본 발명의 다른 실예의 부분단면도이다.

본 발명은 블로우다운장치(blowdown apparatus : 감압장치의 의미이나 이후 블로우다운장치라 칭함)에 관한 것으로, 특히 관류 증기발생기(once-through steam generator)에서 사용하기 위한 블로우다운장치에 관한 것이다.

종래에는 보일러수내에 포함된 고체상 오염물질을 제거하기 위하여 재순환형 증기발생기 내에 있는 블로우다운 보일러를 사용하였다.

재순환형 증기발생기의 속성으로 인하여 급수공급으로 발생기서 유입된 고체상 오염물질은 발생증기내에 있기보다는 재순환 보일러수내에 응집되는 경향이 있었다.

이런 불필요한 상황은 증기발생기내에 고정적인 기수경계면이 존재하기 때문에 발생되며 기수경계면에서 기상(steam phase)과 수상(water phase) 사이의 용해도비는 모든 용해가능한 급수의 고체상 오염물질이 수상상태로 있게 한다. 이 경계면에서 고체상 오염물질의 응집이 최대의 상태일지라도 상당량의 고체상 오염물질은 보일러수 전체로 확산된다.

결국 보일러수에 이를 고체상 오염물질이 존재하게 되면서 발생기의 열전달 효율을 저하시키고 증기발생기내에 기능을 약화시키는 부식을 일으키며 유출증기내에 함유되는 고체상 오염물질의 양이 증가하게 된다.

상기의 문제들은 발생기에 공급되는 새로운 급수가 보일러, 에 적은 양의 고체상 오염물질을 일정하게 유입되게 하면서 이미 현존하는 고체상 오염물질에 부가된다는 사실에 의하여 더욱 복잡해진다.

만약 이를 그대로 방치한다면 고체상 오염물질은 빠른 속도로 늘어나게 될 것이다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 일부의 보일러수는 일정 시간의 간격마다 또는 계속적으로 회수되거나 배출된다. 보일러에 이러한 고체상 오염물질의 응집이 발생기로 유입되는 급수의 고체상 오염물질의 응집보다 현저히 크기 때문에 블로우다운 유동은 허용가능한 수준내에서 오염수준을 유지시키도록 단지 급수유동의 일부이어야 한다.

재순환형 증기발생기와 비교하여 관류 증기발생기(OTSG)는 어느 일정한 고정된 장소에서 오염물질의 응집현상을 일으키지 않는다.

이는 재순환 증기발생기에 항상 존재하는 고정적인 기수 경계면이 고부하 수준에서 작동하는 관류 증기 발생기내에서는 형성되지 않기 때문이다. 대신에 급수에 동반되는 오염물질은 그들이 발생기로 유입되는 것과 같은 속도로 유출증기로 배출된다.

결론적으로 고부하시에 블로우다운은 불필요하게 된다. 불행히도 관류 증기발생기가 낮은 동력수준으로 작동될 때 기수경계면은 증기발생기에 형성된다.

그러나 재순환형 증기발생기와 비교하여 관류 증기발생기에 기수하계면의 위치는 증기발생기에 가해진 부경의 기능에 따라 변화한다. 결국 재순환형 증기발생기에 형성되는 기수 경계면에 의하여 발생된 상기 문제점들은 비록 수위가 변화할지라도 관류 증기 발생기에서도 마찬가지로 나타난다. 그러나 기수경계면의 수준에 관계없이 고체상 오염물질이 증가되지 않도록 하는 블로우다운 장치를 가진 관류 증기발생기를 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 관류 증기발생기는 그의 열교환관 집적실(bank chamber)내에 수직으로 배열되는 통공이 천설된 블로우다운관이 장치되어 있다. 블로우다운 및 배출연결관은 블로우다운관의 저면단부에 인접하여 장치되어 증기발생기의 내부로 블로우다운 유체를 배출한다. 이러한 배치는 관류 증기발생기내에 위치된 기수경계면이 부하에 따라 변화한다는 사실에 기인한다.

결론적으로 일반적인 블로우다운은 어떤 부하 또는 수위에서도 작동될 수 있다는 것이다.

본 발명을 예시도면에 의하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 동체측부에서의 비등현상을 이용하고 직립형 압력용기(12)를 가지는 관류 증기발생기(OTSG)(10)을 보이고 있다. 가열된 1차 냉각수는 입구노즐(14)를 통하여 압력용기(12)내로 유입되면서 유입실(16)을 경유하여 열교환관(18)을 지나 출구노즐(22)을 통하여 압력용기(12)로 부터 냉각재가 배출되는 배출실(20)로 유동한다.

열교환관(18)은 상축 관판(管板)(24), 열교환관지지판체(26)(다만 두개의 지지판체만이 도시된)와 하측관판(28)들로 지지되어 있다.

열교환관 집적실(30)은 상측 보호판(32A)과 하측 보호판(32B)으로 구성된 원통형의 보호판(32)로 위요되어 있으며, 보호판(32)는 압력용기(12)와 함께 이들 사이에 유체통로(34)를 형성한다.

위치조정핀(aligrmentpin)(36)은 보호판이 적당한 배열방향으로 유도되도록 하며, 통로(marway)(15A)(15B)(15C)(15D)는 증기발생기(10)의 입구로 형성되어 있다.

환상의 간막이링(38)은 상측 유체구획실(40)과 하측 유체구획실(42)을 형성하도록 유체유동통로(34)내에 배열된다.

급수는 제1방향의 화살표(52)로 표시한 바와 같이 급수 입구노즐(50)을 통하여 하측 유체구획실(42)로 공급되고, 그 다음 이 급수는 하측 유체구획실(42)에서 하향유동하면서 한측 관판(28)위에 열교환관 집적실(30)로 상향유동한다. 이 급수는 열교환관 집적실(30)내에 위치한 열교환관(18) 주위를 지나면서 직접 가열되어 증기화된다.

증기는 상측 유체출구구획실(40)을 하향 통과한 다음 증기출구노즐(58)을 통하여 배출되며, 이 증기통로는제2방향의 화살표(56)으로 도시되어 있다.

다수의 통공(62)이 천설된 블로우다운관(60)이 보호판(32)에 매우 가까이 인접하여 열교환관 집적실(30)내에 수직으로 배치되며 블로우다운관(60)의 상측 단부(64)는 밀봉되어 있고 반면 그 하단은 개방되어 있다.

또한 블로우다운관의 상측 단부(64)는 상측 관판(24)에 매우 가깝게 위치하는 반면에 그 하측 단부(66)은 하측관판(28)에 매우 근접하여 있다. 블로우다운관 하측 단부(66)에는 연결되지 않고 매우 근접되어 있고 좌측 관판(28)내에 착설된 블로우다운 및 배출연결관(68)은 블로우다운 유체를 배출하기 위하여 압력용기(12) 외부의 도관으로서 작용하며, 밸브(70)은 블로우다운 유체의 유동을 제어하는데 사용된다.

제2도는 블로우다운장치의 다른 실시형태를 보인 것으로, 통공(74)이 천설된 블로우다운링(72)은 하측 관판(28)의 바로 위에 배치된다. 이 블로우다운링(72)은 압력용기(12)의 벽을 관통한 블로우다운 및 배출연결관(68A)에 연결되어 있으며 통공(74)은 블로우다운관의 하측 단부(66) 그 둘레에만 천설되어 있다.

마찬가지로 블로우다운 유체의 유동은 밸브(70)에 의하여 제어된다. 이와 같이비록 블로우다운관(60)과 블로우다운링(72)이 매우 근접하여 있으나 서로 연결되지 않았다.

본 발명은 그에 관련한 원리를 간단히 설명하므로서 보도 명확히 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 비등유체내에서 자연적으로 일어나는 열사펀(thermal syphon) 효과를 커다란 이점으로 이용한 것이다. 간단히 설명해서 이러한 효과는 가열된 유체의 재순환 유동 때문에 얻어지는 것으로, 이러한 순환유동은 증기 발생기의 활성비등지역과 비등이 없거나 매우 낮게 일어나는 증기발생기의 증기 기포화자유 주변지역에서 상향 유동하는 두가지 상(相), 즉 기상 및 수상의 유체사이에서 일어나는 밀도의 차이에 의하여 주로 유발된다.

이러한 밀도의 차이는 비등활성도가 감소된 지역에서는 유체를 하향 유동케하는 동시에 비등활성지역에서는 유체를 상향 유동시키는 유동연결효과를 나타나게 하는 것이다.

도시된 관류 증기발생기(저부하상태에 의하여 나타나는 저수위상태이라 가정한 경우)의 경우에 있어서, 비등수는 기수경계면까지 상향으로 유동하는 경향이 있으며, 여기서 비등수에 포함된 물과 증기는 먼저열교환관 집적실(30)를 통하여 상향 유동한 다음 유체유동통로(34)동 통하여 하향 유동하면서 화살표(56)로 도시된 바와 같이 증기발생기(10)로 부터 배출된다. 상기된 바와 같이 기수경계면에서의 수상(水相)은 가용성 급수의 고체상 오염물질 모두를 포함하고 있다. 이러한 열사이펀 효과는 응집된 가용성 고체상 오염물질을 함유한 이러한 경계면에 있는 물이 일반적으로 비등을 적게 활성화시킨 보호판(32)을 향하에 유동케 한다.

이와 같은 효과로 이루어진 순환유동의 결과로써 고체상 오염물질을 함유한 물은 보호판(32)의 내주연을 따라 하향유동하게 된다.

그러나, 이러한 하향 유동은 관류 증기발생기의 작동에서 필수적으로 나타나는 현상이 아니며, 열교환관집적실(30)의 중심지역에서는 일어나지 않는다.

분명히 증기발생기(10)내에 배열되며 통공이 천설된 블로우다운관(60)은 증기발생기(10)내에서 일어나는 열사이펀 효과로 재순환 현상의 장점을 취할 수 있는 장소에 이상적으로 배치된다.

블로우다운관(60)내에 물은 블로우다운관의 벽에 의하여 열교환관(18)과 접촉되지 못하므로 비등되지 아니하며, 블로우다운관은 증기-물의 경계면까지 물로 채워지고 증기기포가 없게 되면서, 열사이펀 효과에 의하여 블로우다운 관내에 물이 연속적인 하향 유동을 하게 한다.

이러한 하향 유동은 고체상 오염물질을 함유한 물을 경계면으로부터 블로우다운 및 배출연결관(68)(또는 68A)에 근접하여 배출되게 하는 블로우다운관의 하측 개방단부로 보내게 된다. 이러한 배출물에는 급수에 존재하는 것보다 많은 양의 가용성 오염물질이 함유되어 있다. 이와 같은 현상에 의하여 고체상 오염물질은 블로우다운관(60)의 하단부(66)에서 보다 응집되기 쉽게 된다. 밸브(70)을 개방하고 블로우다운관 하측 단부(66) 주위에 응집된 오염물질을 배출연결관(68)으로 배출시킴으로서, 보일러수내의 오염물질의 응집이 적정수준내로 유지될 수 있다.

상기된 바와 같이, 관류 증기 발생기에서는 수위가 부하의 변화에 따라 변화한다. 이러한 문제점은 블로우다운관(60)에 다수의 통공(62)을 천설함으로서 극복할 수 있으며, 이들 통공(62)의 위치는 고정적인 필요가 없다. 실제로 블로우다운관의 일부분을 따라 일정한 간격을 두고 천설된 통공의 형태는 다양하게 할 수 있다.

실예를 들어 다수의 통공을 블로우다운관의 일부 주면에 일정한 간격으로 천설할 수 있는 반면에 소수의 통공을 지정된 장소에만 천설할 수도 있다. 아울러 통공의 직경이나 그의 각방향(角方向)도 다양하게 선택할 수 있다.

상기된 바와 같이 관류 증기발생나가 고부하 수준에서 작동중일 경우에는 활성적인 블로우다운 장치가 필요치 않다. 그러므로 블로우다운관(60)의 그 상측부에는 통공(60)이 천설되지 않는다.

물론, 통공이 천설된 부분과 천설되지 않은 부분 사이의 경계선은 증기발생기마다 다르나 블로우다운관(60)의 상측단부(64)만은 동일하게 밀봉되어야 한다.

제1도 및 제2도에서는 단순히 블로우다운 및 배출연결관(68)(68A)의 형태를 다르게 도시하였는데, 제1도는 배출연결관(68)이 블로우다운관(60) 바로 아래에 있는 하측관판(28)내에 배치된 것을 보이고 있고, 제2도에서는 통공이 천설된 블로우다운링(72)가 블로우다운관(60)에 매우 접근하여 있는 하측 관착(28)의 바로 위에 배치되어 있음을 보이고 있다.

모든 실시 형태에서 배출연결관(68)과 블로우다운링(72)는 블로우다운관(60)에 연결되어 있지는 않으나 블로우다운관(60)의 작용으로 하측 관판(28)상에 응집된 고체상 오염물질을 적절하게 배출시킬 수 있도록 매우 가까이 배열되어 있다. 블로우다운관(60)이 배출연결관(68) 또는 블로우다운링(72)에 연결되어 있지않으므로 블로우다운관(60)의 작용에 의하여 증기발생기의 저면에 보내어진 증기는 블로우다운 유체와 함께 증기발생기로부터 배출되지 아니하고 보일러수의 표면으로 재순환되어 기포상태가 된다.

하나의 배출연결관이 각 블로우다운관 마다에 사용될 수 있으리라고 본다. 더우기 수개의 블로우다운관과 배출연결관을 결합하여 사용할 수 있을 것이다. 그러나, 최대성능을 위하여 이러한 결합장치는 가능한한 급수입구의 위치로부터 멀리 떨어진 장소에 배치되어야 할 것이다.

그러므로 블로우다운링(72)에는 그의 전체 환상주면을 따라 통공이 천설되어 있지 아니하고 다만 블로우다운관(60)의 인접부근에만 통공이 천설되어야 한다. 이러한 형태는 블로우다운유체의 배출을 허용하는 동시에 상당량의 급수가 배출되는 것을 방지하거나 블로우다운장치의 작동 성능을 줄일 수 있을 것이다. 블로우다운관(60)이 직접 배출연결관(68)(또는 68A)에 연결되지(않은)것은 이러한 연결이 블로우다운을 필요로 아니할 때 정상적인 배출관으로서 기능을 발휘할 수 있도록 하기 위함이다.

Claims (1)

1. 직립의 압력용기, 상측 및 하측 관판을 압력용기내에 배열시켜 그 사이에 열교환관 집적실을 형성시키고, 여러개의 수직 배향된 열교환관을 열교환관 집적실을 통과하여 연장함과 동시에 상기 관판들에 의하여 지지되게 하며, 가열된 유체를 상기 열교환관을 통과하게 하는 수단, 상기 열교환관 주위의 열흡수유체를 가열된 유체와 간접적인 열교환이 되게 하는 수단과, 열흡수유체로부터 얻어진 고체상 오염물질을 가진 유체를 배출하는 블로우다운 수단으로 이루어진 열교환기와의 결합장치에 있어서, 블로우다운관(60)을 복수개의 직립관으로 구성시키되 그의 길이의 일부분에는 통공(62)을 천설하고, 블로우다운관(60)을 상기의 열교환관 집적실내에 배열하되 그 상단부(64)는 밀봉되게 하고 그 하단부(66)는 개방되게 하며, 배출연결관(68)을 상기 블로우다운관의 하단부에 인접하여 일정한 간격을 두고 배열시켜 상기의 압력용기로부터 오염물질이 함유된 유체를 배출케한 관류증기 발생장치의 블로우다운 장치.

Images