KR820002187B1 - 제어 가능한 입구헤더의 격벽 - Google Patents

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Description

제어 가능한 입구헤더의 격벽

제1도는 본 발명의 한 실시예에 관한 수분분리형 재열장치의 일부분을 간략하게 도시한 수직단면도.

제2도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 격벽을 설치하는 U-자형 만곡부가 수직으로 된 관군의 원통형 헤더의 일부분을 간략하게 도시한 수직 단면도.

제3도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배플판을 설치하는 U-자형 만곡부가 수직으로 된 관군의 원통형 헤더의 일부분을 간략하게 도시한 수직단면도.

제4도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배플판을 설치하는 U-자형 만곡부가 수직으로 된 관군의 헤더의 일부분을 간략하게 도시한 수직단면도.

본 발명은 수분분리형 재열장치, 구체적으로 말하면 원자력 증기 터-빈 발전소에서 사용되는 수분분리형 재열장치용으로 개량된 재열기에 관한 것이다.

화석연료를 쓰는 보일러로부터 얻어지는 증기는 일반적으로 고온건조하며, 고압 터-빈을 가동시킬 수 있는 충분한 에너지를 내포하고 있다. 이 증기는 그후 일반적으로 보일러에서 제열되어 처음에는 중간 터-빈단에, 다음에는 저압터-빈단에 유용한 일을 충분히 수행한다.

여기에 대하여 원자력 증기발생기 또는 원자로에서의 즐기는 일반적으로 온도가 비교적 낮고 포화되어 있다. 고압터-빈을 통과한후, 원자로에서의 증기는 상당한 량의 수분을 지니고 있는데, 이 수분은 제거 되는 것이 좋으나 유용한 일을 보다 더 확실하게 수행할 수 있도록 하기 위해서는 이 수분을 적당히 재열시켜서 그 엔탈피를 증가시켜 주는 것이다.

본 분야에서는, 여러가지 형식의 수분분리형 재열장치(MSR)가 이미 공지된 바 있다. 이 수분분리형 재열장치에 대한 한가지 예는 미합중국 특허 제3,712,272호에 기재되어 있다.

이 미합중국 특허에 기재되어 있는 수분분리형 재열장치는 두개의 재열부분을 갖추며, 이들은 각각 내압각체(內壓殼體 :내압에 견고한 동체)의 가운데를 길이 방향으로 연장하고 있는 일군의 U-자형관을 구성하고 있고, 가열유체(증기)를 관으로 끌어들이고, 또 그 유체(복수)를 관으로부터 끌어내는 헤더(header)를 설치하고 있다.

이 미합합중국 특허에 공개되어 있는 헤더(header)는 대체로 그 중앙에 배플판(baffle plate : 증기를 달아나게 할 목적으로 만들어 놓은 방해판)을 수평으로 배치하고 있고, 헤더(header)를 입구와 출구부분으로 분할하며, 일군의 U-자형

만곡부(彎曲部)가 수직방향으로 배치되어 있다. 그리고 각 관의 한쪽 끝은 입구헤더와 통하고, 다른쪽 끝은 출구헤더와 통한다.

작동시에는, 포화된 가열증기는 헤더의 입구부분을 거쳐서 U-자형관에 공급되고 이 관을 통과하면서 이상적인 복수상태가 되어, 관으로부터 헤더의 출구부분에 설치된 한개의 드레인(drain : 장치내에서 증기가 응결된 응결수를 배수하기 위한 관)을 거쳐서 나온다.

2개의 재열관군들을 지니는 수분분리형 재열장치의 또 하나의 실예는 미합중국특허 제3,713,278호에 기재되어 있다.

이 미합중국 특허에는, 그 중앙에 설치된 헤더에 배플판을 수평으로 설치하며, 이 헤더를 상부의 입구헤더와 하부의 출구헤더로 분할하고 있다. 그리고 이 U-자형 만곡부는 수직방향으로 배치된다. 더우기 한개의 재열관군을 지니는 수분분리형 재열장치가 또한 미합중국 특허 제3,593,500호에 기재되어 있다.

어떤 작동상태하에서는, 이와 같은 모든 수분분리형 재열장치의 부하가 가장 크게 걸리는 관내에서 상당량의 재열증기가 응축될 수가 있다. 만약 이들 관으로 들어오는 모든 증기가 관의 말단부앞에서 완전히 응축된다면 그 결과 아냉각상태의(포화온도 이하의) 복수(subcooled condensate)가 형성될 수 있다.

재열장치의 분야에 주지된 바와 같이, 아냉각상태의 복수(condensate subcooling)에 관한 몇가지의 문제는, 재열장치의 성능저하, 온도사이클변환에 따른 관과 관판(tube sheet) 사이의 용착부의 파괴, 관군의 변형이 더욱 악화되는 문제, 심한 경우에는 장치 전체의 불안정성 등이다.

더우기, 관측의 유량을 실제의 열전도효율에 필적하게 하기 위해 어떤 관을 선택적으로 제어하는 것이 아냉각을 감소시타는 것으로 알려져 있다.

증기열교환기내에서의 아냉각현상을 감소시키기 위한 이러한 해결책은 미합증국 특허 제3,073,575호에 기재되어 있다. 이 미합중국 특허에는, 열교환기의 서로 다른 관입구에 근접해 있는 크기가 서로 다른 구멍(aperture)들을 지니고 있는 구멍판(apertured plate)을 사용하여 각각의 관으로 흘러들어가는 증기의 양을 조절한다.

미합중국 특허 제3,830,293호에 기재된 또 하나의 구성에서는, 격벽(partition)을 사용하여 관판(tube sheet)의 면을 분할하고, 관판의 서로 다른 영역에 대하여 서로 다른 증기량을 공급하는 흐름제한장치 (flow restrictor)를 구성하며, 관의 서로 다른 군에 대하여 증기의 흐름을 서로 다른 유량으로 제한하고 있다. 그러나 불행하게도 미합중국 특허 제3,073,575호에 기재된 관에도, 미합중국 특허 제3,830,293호에 기재되어 있는 관군에 의해서도, "오리피스(orifice)"를 사용하는 것이 수분분리형 재영장치에서 일어나는 아냉각상태의 복수 및 그에 관련된 불안정성의 문제에 대한 완전한 해결책이 되지 못한다는 사실이다.

오리피스를 사용하는 것이 완전한 해결책이 못되는 주원인은, 어떤 장소의 동작조건, 보통으로는 그에 관한 터-빈의 전부하(full load)의 경우에 있어서, 이론적인 전열수요(heat transfer demand)를 만족시키기 위해, 각관에서 증기유량을 분배하기 위하여 계산을 하여 적용된 임의의 오리피스의 구성이 모든 동작 조건에 대해서는 이상적이 아니라는 것이다.

일정조건에 대하여 이상적인 오리피스의 구성은, 예를 들면, 터-빈의 부하가 어떤 등력수준(power level)에서 다른 동력수준으로 변화될 때와 같이, 다른 조건에 대하여는 적합하지 않다는 것이다.

그리하여, 예를 들면, 전부하상태에서, 과도한 복수가 형성되는 것을 피하기 위해 다른 관에서 보다도 한층 더 큰 유량을 얻게해 주므로서, 그 안(오리피스안)에서 복수가 아냉각상태로 되는 것을 막기 위하여 가장 부하가 심하게 걸린 관에 보다 더 큰 유량을 공급하도록 오리피스가 설계되어 있다.

본 기술분야에서 종래에 주지된 관군의 소기류(掃氣流)는, 미합중국 특허 제3,274,212호에 기재되어 있는 바와 같이, 장치내의 한층 더 낮은점(lower point)으로 방출되는 것이 전형적인 것이다.

오리피스가 설치되어 있는 관군의 경우 아냉각상태의 복수를 실질적으로 피하기 위해서는 설계외(off-desing)의 상태에서, 상당히 많은 양의 소기(掃氣)증기를 관군의 가운데로 지나게 해야 한다.

이것은 주로 부하가 다소 낮게 걸릴때, 관군내의 다른 관에 비해 낮은 편관의 부하가 감소되어 그 관내에 불필요하게 남아 있는 높은 고기유량을 내보낸다.

필요한 소기증기량은 비록 오리피스를 사용하지 않는 관군의 경우 보다는 적지만, 이 소기증기를 장치내의 보다 낮은점(lower point)에 방출할 경우보다, 실제로 더 큰 열역학적인 손실이 생긴다.

오리피스에 대한 또 하나의 다른 기술이 본 기술분야에서 또한 공지되어 있다. 재열장치의 헤더에 배플판을 추가로 사용하여 4회 통과식의 구성을 이루고 있는 것은 미합중국 특허 제3,996,897호와 동 제3,759,319호에 기재되어 있다. 추가로 배플판을 사용함으로서, 모든 입구관측의 흐름은 일부분의 관에 제한이 된다. 최초의 2회는 관측을 통과하고, 그 안에 형성된 복수를 배출시킨후, 남은 증기는 관군의 남은 부분에 들어가서, 거기서 3회 및 4회의 통과가 이루어진다.

이 방법에 의해서, 최초 2회 통과시의 소기증기는 상당량이 있지만, 4회 통과로부터 장치내의 낮은점(lower point)에 방출되는 소기증기는 비교적 적은 유량으로 유기될 수 있지만, 실제로는 터-빈의 부하 범위를 가로지르면서 아냉각상태의 복수를 제거할 수가 있다.

1978년 3월 27일에 출원된 제890,674호에서는, 아냉각상태의 복수를 실제로 제거하기 위해, 다른 방식을 사용차고 있다. Δp가 큰 열압축기를 사용하여, 유량이 큰 소기증기를 재열장치의 압력이 보다 낮은 관군으로 순환시킨다. 소기증기를 계속 순환시키게 되면, 소기증기를 장치내의 낮은점(lower point)에 방출시키는 것에 관련하여 실질적인 열역학적 손실이 최소로 된다.

상술한 4회 통과식 배열과 ΔP가 큰 열압축기의 구성에서 명백히 밝혀진 바와 같이, 어느 경우에나 소기 증기와 유량을 크게 해주는 것이 유리하다. 그러나 어떤 용도에서는 관측의 속도와 압력손실이 적당히 감소되도록 소기(掃氣)의 유량을 최소한으로 억제하는 것이 바람직하다.

4회 통과식 구성에서, 관군으로 들어오는 모든 증기가 관의 일부분에 들어오면 그 결과, 2회통과에서 소기유량이 높은 것은 관측속도가 높고 마찰압력손실이 높은 것을 의미한다. ΔP가 높은 열압축기를 거쳐서 나오는 소기유량이 높으면, 비록 재순환이지만, 관측속도가 높고 마찰압력손실이 높은 것이 또 하나의 특색이다.

그러므로, 4회통과식 구성과 ΔP가 높은 열압축기를 경유한 소기류의 재순환방식은 아냉각상태의 복수를 실질적으로 제거한다는 점에서는 성공적이지만, 관측속도가 높은데서 기인한 잠재적인 부식문제와, 높은 마찰압력손실에 관련하여 가열증기온도에서의 손실에서 기인한 성능의 저하 등은 어떤 경우에는, 바람직스럽지 못한 부작용이 될 수도 있다.

미합중국 특허 제3,731,734호와 동 제3,802,496호에 기재된 다른 방법에는, 증기복수기에 자유자재로 조정하여 선택할 수 있는 오리피스를 사용하고 있다.

여기서 증기를 빨아들이는 헤더실내에 장착된 조절판을 사용하므로서 오리피스의 고정저항을 처리하고 있다. 그러나 이 해결책은 내부의 조절판에 접근하기 위해서는, 장치의 운전을 일시 정지할 필요가 있다.

예를 들면, 터-빈의 부하변화중, 이 제한부는 고정상태로 된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 실질적으로 아냉각상태의 복수와 그에 관련된 불안정성을 간단히 그리고 효율적으로 제거하기 위해 "수분분리형 재열장치"용으로 개량된 재열기를 제공하는데 있다.

그 밖의 다른 목적은, 소기용(掃氣用) 유량을 최소한으로 하고, 그에 수반하여 관측속도와 압력손실의 증가를 최소한으로 하면서, 아냉각상태의 복수를 실질적으로 제거하는 데에 있다.

간단히 말하면, 본 발명의 양호한 한가지 실시예는, "수분분리형 재열장치"용으로 개량된 재열기가, 그 중앙에 대략 수평으로 배치된 배플판을 가지고 있고, 그 헤더를 상측 입구실과 하측 출구실로 분할하면서 전체적으로, 원통형 헤더를 이루고 있다.

제2의 배플판 및 격벽(Partition)은 또한 헤더의 상축입구실내에 배치되어 있고, 이 헤더내에 특정한 일군의 관입구와 상대가 되는 제2의 보조적인 입구헤더로 구성하고, 입구헤더를 두개의 구역으로 분할한다.

U-자형 관의 군이, 헤더의 하나의 벽을 구성하고 있는 평평한 관판을 거쳐 헤더와 통하고 있다. 군의 각각의 관은 그 양단이 헤더의 상측 입구실 및 하측 출구실과 서로 통한다. 관의 입구단은, 유입해 들어 오는 재열용유체(증기)를 미리 계산된 열전도수요에 그 기초를 두고 있는 관으로 분배하기 위하여, 오리피스가 별도로 설치되어 있다. 재열용유체가 가열증기입구관을 거쳐 헤더의 입구실내로 도입되고, 그곳과 통하는 U-자형 관군으로 들어간다.

제1의 유체공급배관에 연결되어 있지만, 별도로 제어할 수 있도록 되어 있는 제2의 재열용 유체공급배관은 가열증기주입구관에서 보조입구헤더로 증기를 직접 입력시킨다. 보조헤더에 의하여 덮인 구역의 관에 들어오는 흐름은 오리피스가 별도로 설치될 수 있으며, 이 흐름은 제2의 재열용 유체공급배관도중에 설치된 밸브에 의해 제어된다. 격벽은 그 자체에 구멍이 뚫려져 있어서, 명목상의 일정한 흐름저항을 가진다. U-자형 관을 통과한 후, 유체(복수)와 응축되지 않은 소기용 증기가 헤더의 하측 출구실로 들어 간다.

따라서, 본 명세서에서 「제어가능한 입구헤더의 격벽(controllable inlet header partion)」이라고 하는 것을 설치하고, 이것은 제각기 관의 오리피스의 고정저항 외에도, 관군내의 어떤 구역의 관에 대한 흐름 저항을 조정할 수 있게 하고, 이렇게 해서 수분분리형 재열장치(MSR)의 부하가 변화할때, 터-빈의 부하범 위로 지나는 관의 전열의무(heat transfer duty)의 변화가 그 장치를 사용상태로서 대처할 수 있게 해준다.

본 발명의 다른 양호간 실시예는, 실질적으로 그 중앙에 수직배플판을 배치하고, 이 헤더를 횡으로 병행된 입구 및 출구실로 분할하여 전체적으로는 원통형 헤더의 입구실내에, 제어가능한 입구헤더의 격벽을 설치하고 있다. 그러므로, U-자형 관군의 U-자형 만곡부는 실제로는 수평방향으로 배치된다.

본 발명의 한층 더 양호한 실시예에서는, 그 중앙에 실제로 수평배플판을 설친하고, 헤더를 상측입구실 및 하측출구실로 분할하여 전체적으로는 반구형 헤더의 입구실내에, 제어가능한 입구헤더 격벽이 설치된다.

어느 실시예에서도, 재열기의 관에 오리피스를 설치하고, 또한 보다 많은 유량을 부하가 한층 더 크게 걸리는 관으로 제공하면서 어느 정도의 소기를 행하게 함으로써, 설계점(design point), 보통은 전출력 상태에서 아냉각상태의 복수가 형성되는 것을 방지해 준다.

재열기의 관군의 각 관에 걸리는 부하가 한층 더 평등하게 유지되는 저출력 수준에서의 작동에서, 특히 수직으로 향하는 관군의 경우, 전부하(full load) 작동에서 가장 심하게 부하가 걸리는 관내에서 증가된 유량은, 필요량보다 많고, 전출력에서 부하가 비교적 적게 걸리는 관에서의 유량은 불충분해질 수도 있지만, 이 발명에 따라서, 모든 부하수준(level)에서 모든 관에서의 아냉각상태의 복수가 생성되는 것을 방지 하기에 충분히 큰 소기용 유량을 모든 관에 보유하는 대신 후술한 관에 유량을 증가시켜 주므로써 아냉각 상태의 복수가 생성되는 것을 방지하며, 그것에 의하여 모든 유량을 감소시켜 주고, 그 결과로서 일어나는 효율 및 성능의 저하를 적게해 준다.

본 발명의 다른 일면은 U-자형 만곡부를 수직배치시킨 U-자형 관군에서, 보조입구헤더로 덮인 관은 그 안에 오리피스가 없이 사용될 수 있는 것에 있다.

제1도에서, 수분분리형 재열장치(10)은 압력용기 또는 각체(殼體)(12)를 포함하고 있다. 이 각체(12)는 다수의 증기입구(13)과 다수의 증기출구(14)를 지니고 있고, 증기가 건조되고 재열될 수 있도록 그 안에서 증기를 용이하게 통과시키도록 해준다. 전출력(full power) 상태하에서 가열을 시키면 약 350°내지 375℉의 포화온도에서 약 500℉의 과열온도까지 이를 수가 있다.

수분분리판(moisture separator panel)(15)는 본 기술분야에서 이미 공지되어 있다. 예를 들면 이것은 미합중국 특허 제3,667,430호에 기재되어 있는 것과 유사한데, 이 수분분리판이 증기입구(13) 및 입구고압실(도시되지 않음) 위에 배치되어서, 각체 측 증기에서 함유된 모든 수분을 실질적으로 제거하는 기능을 수행한다.

수분분리판 (15)는 소위 "진동판(wiggle plate)"으로 불리우는 매우 넓은 표면적을 가지며, 그 배출(drain)장치(도시되지 않음)가 수분분리판(15)에서 배출된 수분을 모으고, 각체(12)로부터 수분을 제거하는 통로를 만든다.

적어도 하나의 재열기 (16)을 수분분리판(15)의 위에 직접 배치하고, 증기가 입구(13)체서 출구(14)로 통과할 때 이 증기가 통과하는 통로내에 이 재열기 (16)이 설치된다. 재열기 (16)은 관군(18) 및 헤더(19)를 둘러싸고 있다. 증기가 통과할때, 각체(12)측 증기는 U-자형관 (22)와 서로 전열(heat transfer)관계를 이루며 통과한다.

각 U-자형관의 내부에는 고압의 포화증기가 통과하며, 이 증기원(steam source)은 전형적으로는 고압 터-빈단에서의 추출부, 및 고압터-빈 제어밸브의 상류(upstream)측으로부터 나온 주증기(main steam)이다. 관군(18)을 구성하는 각 U-자형관 (22)는 거의 수평으로 이루어진 입구부분(23), 둥글게 수직으로 배치된 U-자형 만곡부(24) 및 거의 수평으로 이루어진 출구부분 (25)를 지니고 있다.

헤더(19)는, 이 헤더(19)를 상측 입구실(33) 및 하측 출구실(34)로 나누는 통로분할판 (32)를 내포하고 있다.

관군(18)의 각관은 그 입구단이 상측입구실 (33)으로 통하고, 그 다른쪽 단은 헤더(19)의 하측 출구실 (34)와 통한다.

U-자형관의 입구 및 출구측단은 제각기 압연되어, 구조가 헤더(19)와 일체로 되어 있는 부재인 관판 (37)에 용접된다.

헤더의 격벽(38)은 상측입구실(33)내의 관판(37)면에 부착된다. 이 격벽(38)은, 플랜지 및 끝뚜껑(end cap)을 가지는 반쪽짜리 원통형으로 편리하게 만들어져 있고, U-자형관(22)의 입구단의 일부분을, 예를들면, 50 내지 60%를 덮어준다. 또 U-자형관의 입구단은 볼트식으로 삽입된 오리피스와 그 오리피스 주위의 리테이너(retainer)의 조합으로 구성된 구조(도시되지 않음)를 가지거나, 혹은 그밖의 적당한 막히지 않는 수단에 의해 관판(37)의 면에 결합될 수가 있다. 또 이 오리피스의 작용에 의하여, 이 장치가 작동할 때 관의 손실이 방지되며, 동시에 비교적 가벼운 부하가 걸린 특정한 일군의 재열관(전부하시)에 대한 보조입구헤더(39)를 구성 한다.

동작하는 것에 관해 설명하면, 고압의 포화증기는 공급원측에 밸브(42)를 설치한 관(40)을 거쳐 재열기 (16)에 들어가서, 헤더(19)의 입구실(33)으로 들어간다.

배관(44)의 밸브(43)을 조정해 주므로서 이 증기의 예정된 일부분을 헤더격벽(38)을 통하여 직접 공급 할 수가 있다.

증기의 흐름전체가 U-자형관(22)를 통과하고, 각체(12)의 길이방향을 따라서, 그 길이방향과 평행한 방향으로 2회 통과하여, 최초에 수평방향으로 통과할 때는 그 마지막에 이르러서 아래로 만곡되어 헤더(19)의 출구실(34)로 되돌아간다.

U-자형관(22)를 지나는동안, 그안에 들어있는 증기는 어떤비율로 응축되며, 응축되지 않은 증기와 함께 헤더의 출구실(34)를 지나서, 그곳으로부터 배출관(45)를 지나 각체(12)의 외부에 있는 배출탱크(46)으로 흘러나간다. 탱크(46)내의 액체는 배관(48)을 지나서 급수가열장치 및 주응축기로 방출되는 것이 일반적이다. 배출통과배관(49)를 설치하여 헤더의 출구실(34)와 배출탱크(46)의 압력을 균등하게 해준다.

관(50)이 배출통과 배관(49)에 접속되어 있는데, 전형적으로는 흐름제한 오리피스 및 격리밸브(도시되지않음)을 지니고, 배출된 소기용증기와, 비응축성 가스가 있으면 그것을 장치밖으로 송출시킨다.

제2도에는, 헤더(19)와, 관판(37)과의 접촉면이 있는 각 U-자형관(60-66)의 인접부분이 상세히 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 포화증기가 가열증기입구관(40)을 거쳐 헤더의 입구실(33)으로 들어가고, 배관(44)를 거쳐 헤더격벽(38)로 들어간다. 다시 보조헤더(39)는 (71)에 도시된 바와 같이 여러개의 구멍이 뚫려 질수 있다. 보조헤더(39)에 구멍이 뚫려져 있지않다면, 입구실(33)내의 포화증기가 관(60) 및 관(64-66)으로 분배되고, 반면에 밸브(43)에 의해 제어되는 포화증기가 배관(44)를 통해 직접보조헤더(39)에 들어 가서 관(61-63)에 분배된다.

도시된 바와 같이 보조헤더(39)에 구멍(71)이 뚫려져 있으면, 관(61-63)에 분배되는 포화증기는, 밸브 (43)이 닫히면, 가열증기 입구배관(40)을 통하여 입구실(33)에 들어온 포화증기에 의해서 공급되거나, 또는 밸브(43)이 적어도 부분적으로 열리면, 가열증기입구배관(40)을 거쳐 입구실(33)으로 부터 들어오는 흐름과, 배관(44)로 부터 들어오는 흐름이 조합되어 공급된다.

보조헤더(39)에 구멍을 뚫던지 안뚫던지간에, 그 선택은 용도 및 물리적인 구속에 달려있다. 헤더격벽 (38)에 (71)에서 도시된 것처럼 구멍을 뚫으면, 관(61-63)에 대한 전체흐름의 일부분은 입구실(33)으로 부터 공급되고, 배관(44)의 물리적인 차원은 구멍을 뚫지 않는 경우보다 더 적어서, 보조헤더(39)로 부터 꼭 같은 증기유량을 공급할 수가 있다.

바꾸어 말하면, 구멍을 뚫으면, 입구실(33) 내에 존재하는 증기의 일부분이 헤더(39)로 흘러 들어간다. 관(44)로 부터 추가된 증기는, 다른 흐름에 추가하여, 관(61-63)이 아냉각상태의 복수가 발생하지 않는 상태로 유지하기에 충분한 증기를 공급해줄 필요가 있으며, 헤더(39)에 구멍이 뚫려있지 않고, 관(61-63) 에 대한 유량전체를 관(44)로 부터 공급해야하는 경우보다 아냉각 상태의 복수가 한층 적게 생성됨과 동시에 보다 덜 복합적으로 된다. 반면에, 구멍이 뚫려있지 않은 헤더(39)를 사용하면, 터빈의 모든 부하상태에서, 어떠한 경우에 적용하여도 유량을 최대로 제어하게 된다. 도시된 바와 같이, U-자형관(61-63)의 입구단을 덮어주는 헤더(39)의 위치는 일반적으로 적용되는 것을 대표하고 있다.

헤더(39)의 위치 및 크기는 그 적용 방법에 따라 적당히 조정될 수 있다. 바꾸어말하면, 그 원리는 어떤 경우에도 적용되며, 구체적으로 말해서 이것을 어떻게 실행할것인가 하는 것은 재열기의 운전 파라메타(parameter)에 달려있다.

U-자형관(60-66)의 입구단에는 한가지 방식으로 오리피스가 설치되어있다. 도시된 바와 같이, 관(60)은, 그 관(60)이 U-자형 만곡부를 거쳐 헤더의 출구실로 돌아가면서, 저온의 각체측증기와 전열관계를 이룬다. 게다가, 수분분리판(15) 바로위에 있는 재열기의 경우, 관(60)은 수분분리판(15)에 의하여 각체 측증기로 부터 그안에 들어온 수분을 제거시키지 못할 경우에, 그 수분을 증발시키기 위한 열을 공급해 주어야 한다. 이러한 상태는 보통 부하가 크게 걸리는 상태에서만 발생한다.

그리하여, 관(60)은 특히 전부하(full load)시, 그안에서 아냉각상태의 복수가 생기는 가장 큰 가능성을 가지는 경향이 있다. 관(61)은, U-자형 만곡부를 거쳐 출구실(34)로 돌아갈 때, 이러한 현상이 일어날 가능성이 보다 적지만, 그 가능성은 한층 더 제한된다. 관(62)는 이 가능성이 한층더 적다.

관의수가 관(66)까지 증가함에 따라서, U-자형만곡부를 거쳐 헤더(19)의 출구실(34)로 돌아나가는 과정에서 아냉각상태의 복수가 생성될 가능성은, 특히 전부하(full load)시에, 거의 존재하지 않는다. 그러므로 관(66)의 오리피스는 제한되지 않는 다른관보다 이 관(66)으로 흐르는 증기흐름을 최소가 되도록 제한한다.

오리피스만을 사용하는 경우, U-자형관(60-66)에 대한 오리피스의 크기는 고출력수준에서 예상되는 전열수요(heat transfer demand)와 일치하는 유입증기의 흐름을 분배할 수 있도록 설치되는 것이 전형적인 것이다.

본 발명에 따라, "제어가능한 입구헤더의 격벽"을 추가하므로써, 관(61-63)의 오리피스는 이 격벽의 직렬저항이 여분으로 들어오도록, 다소 큰 직경으로 되어있다. 예를들면, 관(61)은 일반적으로는 오리피스가 설치되지만, 헤더격벽(38)을 사용하면 오리피스가 설치되지 않는다.

동작에 관해 설명하면, 공칭 유량의 포화증기가 밸브(43)에 의해 제어받는 배관(44)를 경유하여 일정한 구멍(71)(설치되어 있을 경우)을 통하여 헤더의 격벽(38)안으로 들어간다.

예를들면, 터-빈의 전부하시, 이 공칭유량의 포화증기는, 고정된 오리피스가 전출력의 경우에 적당한 크기로 되어 있다고 가정하면, 오리피스만 설치된 상태하에서 같은 관을 통과하는 유량을 뜻한다.

부하가 저하되고, 제일 외측 U-자형관에서의 증발과 무(evaporative duty)가 판넬(15)의 보다 높은 수분분리효과와 함께 실질적으로 없어지면, 각관의 전열수요의 분배불량을 한층더 적게함과 동시에, 다른 관에 비해, 관(61-63)의 유량을 상대적으로 증가해줄 필요성에 부응하기 위해 밸브(43)이 조금 열리면서 증기의 흐름분배를 조절한다.

이 밸브(43)은 고압터-빈의 배출압력으로 부터, 또는 터-빈의 부하상태의 표시가 얻어지는 터-빈의 다른 장소로 부터 제어할 수가 있다.

그러므로 "제어가능한 입구헤더의 격벽"은 설계외(off-design)의 상태에서 고정된 오리피스의 효율이 악화되는 것을 막아주고, 그결과 모든 부하수준에서 아냉각상태의 복수가 형성되는 것을 실질적으로 제거하기에 충분히 큰 소기용 유량을 모든관에서 유지시켜주는 대신, 터-빈의 부하범위를 가로지르는 아냉각상태의 복수가 형성되는 것을 막아준다.

제3도에서는, 본 발명의 다른 양호한 실시예에 따라, 선택할 수 있는 다른형의 "제어가능한 입구헤더의 격벽"이 도시되어있다. 이 격벽은 제2도에 도시되어 있는 것과 같은 재열기의 관군의 설계로 도시되어 있다. 이 경우, 헤더의 격벽(38) 대신에 입구헤더(33)안에 배플판(73)이 배치되어있다. 앞에서 구성된 경우와 같이, 구멍(74)를 이용할 수가 있다.

이 실시예에는, 관(60-62)에는 가열증기입구 배관(40)을 경유하여 입구실(33)으로 부터 포화증기가 공급되고, 관(63-66)에는 밸브(43)에 의하여 제어되는 배관(44)에서 부터 포화증기가 공급된다. 작동하는 것은 제2도의 실시예에서 설명한 것과 유사하다.

배플판(73)이 제2도에 도시된 격벽(38)과는 다른 일군의 관을 덮고있어서, 관(60-66)에 들어있는 오리피스의 분포가 다소 다르다.

다시말하면, 관(63-66)이 그런식으로 형성된 보조헤더내에 들어있다. 이 보조헤더에 구멍이 뚫려있으면, 이들관에 사용되는 오리피스는 개방되어 구멍(74) 및 각 관의 오리피스에 의해 생긴 전체적인 흐름의 제향이 헤더의 격벽이 없는 경우의 관의 오리피스에 대한 것과 본질적으로 같다.

반면에, 특히 헤더의 격벽에 구멍이 뚫려있지 않을 경우, 각 관의 오리피스를 완전히 제거해도 좋다. 제3도의 구멍(74) 및 제2도의 구멍(71)은 유한한 흐름저항을 가지므로, 관(44)의 밸브(43)은 관군의 여러 관내에 있는 상대적인 유량에 상당한 제어를 가할 수 있고, 관군의 관에 대한 연속적인 유량의 제어를 행하며, 소기용의 흐름을 최소로하여, 아냉각상태의 복수를 제거할 수가 있다.

"제어가능한 입구헤더의 격벽"을 설치하고 있으면서, 소기용유량을 최소로하여 터-빈의 부하범위를 거치면서 아냉각상태의 복수가 형성되는 것을 실질적으로 제거하는 본 발명의 방법 및 장치는, 열역학적으로 상당히 효율적이며, 추가된 부품의 수를 최소로 해주는 간단하면서도 매우 경제적인 방법이다.

각관으로 부터 흐름저항을 조절할 수 있는 것으로서, 오리피스와 같은 그러한 고정장치를 사용할 경우의 효율이 악화되는 것을 최소로 줄여주며, 동시에 큰 소기용 유량에 기인한 높은 마찰압력손실로 일어나는 가열증기의 온도저하에 의한 열역학적 손실과, 또한 큰 소기용 유량을 장치내의 낮은 점(lower point) 으로 방출하는 것에 수반되는 그러한 손실을 억제할 수가 있다.

게다가, 최소한의 유효한 소기용 유량을 사용하는 것과 함께, 관측속도는 비교적 낮은값으로 유지되며, 부식문제의 가능성도 감소된다. 본 발명의 개량된 부분을 도입한 "수분분리형 재열장치(MSO)"의 운전이 개량된 것은 단일 재열기에 본 발명을 적용한 아래에서 설명되는 한가지예로 부터 이해 된다.

제2도에 도시되어 있는 구조는, 전부하(full load)의 경우의 설계점(design point)에서, 사전에 계산된 오리피스를 사용하여 재래식으로 설계된 관군의 대용품으로 사용된다. 원래 열(23)의 관(관 60-66)에 상당함)에서, 제일 위의 관은 오리피스가 설치되지 않고, 그 나머지관은 순차적으로 적어지는 오리피스가 설치되어 있다.

본 발명에서 적용된 바와 같이, 보조헤더는 중간의 14개열의 관(대체로 관군내의 60%의 관)을 덮고있고, 상측의 3개의 열 및 하측의 5개의 열의 관은 보조헤더(39)에 의해서 덮혀있지 않다. 격력(38)에 1/4 인치의 구멍이 약 100개가 설치되어 있고, 덮여있는 관에도, 제일상부의 관에도 오리피스는 사용되지 않는 다.

U-자형 관군은 수직으로 배치된다. 이 "수분분리형 재열장치(MSR)"의 운전 파라메트(parameter)는 다음과 같다.

전부하시의 각체측유량 : 1,800,000 #/시

각체측증기 : 입구측에는 375℉로 포화되고, 출구측에는 445℉로 과열되어있다.

전부하시의 관측증기 유량 : 145,000#/시

고압터-빈으로부터 나오는 500psia의 추출증기 : 465℉의 온도에서 포화

전부하에서 30% 부터부하까지의 소요 소기증기의 그라프가 그려진다.

이렇게해서 그려진 그라프는 양극단 사이에서 대강 직선이 되었다.

상술한 설명에 의해서 본 발명의 이점은 명백해진다. 본 발명의 다른 이점은, 운전하기전의 계산에 의한 오리피스 설계에 대하여 현저히 의존할 수 있는 대안이 된다는 점이다. 다시말하면, 현재의 표준적인 관례는 소기용증기를 사용하여, 아냉각상태의 복수에 기인한 불안전성을 제거해줄 필요가 있는 오리피스의 정도를 계산하는 것에 있다.

이계산의 기본이 되고 있는 조립전의 가정이 정확하지 않거나, 또는 설계점(design point)이 운전시의 부하점(load point)과 서로 다를경우에는, 증기가 소비될 때의 효율에 있어서의 불리한 조건을 소기증기 유량을 늘려 주므로써 보상해 주어야 하거나, 또는 수분분리형 재열장치(MSR)를 분석해서 오리피스를 교체해 주어야 한다.

본 발명을 사용하면, 효율적인 오리피스의 상태가 결정적인 것은 아니며, 각관의 상대적인 유량은, 터빈의 부하상태에 직접적으로 응답하는 밸브(43)에 의해, 자동적으로 제어된다.

본 발명을 간략히 설명하기위해, 특정의 구조에 관한 설명에 의하여 본 기술분야에 숙달된 사람이라면 본 실시예를 여러가지로 용이하게 변경시켜 이용할 수 있다. 예를들면, 제어가능한 입구헤더의 격벽은 U-자형만곡부를 수평으로한 U-자형관, 또는 분리된 입구 및 출구헤더를 가지는 "수직으로 통하는 (straight-through)"관을 사용하는 재열기의 관군에도 적용할 수가 있다.

서로 다른 설계의 헤더, 예를들면 반구형의 헤더에도 또한 동일한 방식으로 적용할 수가 있다. 게다가, 본 발명은 오리피스와 조합되어 사용하는 한개의 "제어가능한 입구헤더의 격벽" 및 배플판에 관하여 설명 하지만, 여분의 오리피스를 설치하지 않는 한개의 격벽, 여분의 오리피스를 설치하거나 설치하지 않는 다중 격벽(제4도)도 용이하게 사용될 수가 있다.

Claims (1)

1. 저온의 습한 각체측 증기를 각체안으로 끌어들이기 위한 기밀각체(氣密殼體)의 입구수단(13)과, 상기 각체 내부에 존재하며, 상기 각체측 증기로 부터 그 증기에 내포되어 있는 수분을 제거하는 장치(15)와, 재열된 각체측증기를 각체밖으로 내어보내는 출구수단(14)와, 건조된 상기 각체측증기의 온도를 높여 주기 위해 상기 각체안에 적어도 한개의 재열기(16)를 가지는 것과, 관판(37)을 포함하는 입구헤더 및 출구헤더, 그리고 상기 입구헤더로 부터 각체(12)를 따라 수평으로 연장하여 U-자형으로 굽어져서 다시 상기 출구헤더로 연결되며, 상기 증기입구 및 출구수단사이에 설치되어 상기 각체측증기와 전열관계를 이루며 관군을 구성하는 다수의 열교환을 구성하는 것에 있어서, 재열을 위하여 상기 각체안으로 들어온 상기 각체측증기의 상대특성보다도 훨씬 더 높은 온도 및 압력의 포화증기를 상기 입구헤더에 공급하는 제1의 수단과, 상기 입구헤더안에 있으며, 상기 관판(37)에서 미리선택된 일군의 관의 입구단에 결합되어 그것을 덮어주는 보조입구 헤더(39)를 구성하는 헤더격벽수단(38)과, 상기 제1의 수단과 실제로 같은 온도 및 압력에서 제어하여 공급할 수 있는 양의 포화증기를 보조입구헤더(39)에 공급하는 제2의 수단과, 상기 제2의 수단에 부설되어 있으며, 상기 보조입구헤더(39)로 보내어질 포화증기의 유량을 제어함과 동시에 상기 미리 선택된 일군의 관내의 증기유량을 독립으로 제어하는 유량제어수단, 그리고 상기 재열기(16)의 부하상태에 응답하고, 재열기의 모든 값의 부하상태에서, 상기한 어떤관내에서도 과도한 소기용 증기유량을 요하지 않고, 그안에서 형성된 아냉각상태의 복수를 제거하기에 충분한 유량을 상기한 모든관 내에서 효과적으로 유지시켜주는 상기 흐름제어수단의 개선을 그 특징으로 하는 재열장치.

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