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KR101103549B1 - 증기 터빈 시스템 및 증기 터빈 시스템의 에너지 효율 증가 방법 - Google Patents

증기 터빈 시스템 및 증기 터빈 시스템의 에너지 효율 증가 방법 Download PDF

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KR101103549B1
KR101103549B1 KR1020090076395A KR20090076395A KR101103549B1 KR 101103549 B1 KR101103549 B1 KR 101103549B1 KR 1020090076395 A KR1020090076395 A KR 1020090076395A KR 20090076395 A KR20090076395 A KR 20090076395A KR 101103549 B1 KR101103549 B1 KR 101103549B1
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삼성에버랜드 주식회사
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Abstract

본 발명은 증기 터빈 시스템 및 증기 터빈 시스템의 에너지 효율 증가 방법에 관한 것으로, 상기 증기 터빈 시스템은 증기를 생성하는 보일러와, 유입부 및 유출부를 구비하고 상기 유입부를 통하여 상기 생성된 증기를 유입하고 상기 유입부에서 상기 유출부로 유동하는 증기를 이용하여 동력을 발생시키는 증기 터빈과, 상기 유출부와 연결되고, 상기 유출부를 통하여 유출되는 증기의 부피를 감소시키도록 상기 유출되는 증기를 응축시키는 응축기, 및 상기 유출되는 증기 중 일부를 유입시키도록 상기 응축기와 연결되고 상기 유입되는 증기를 보다 고온 및 고압으로 변환시키도록 압축하는 압축기를 포함한다. 이에 의하여 에너지 효율이 보다 높은 증기 터빈 시스템이 구현된다.
증기 터빈, 에너지 효율, 응축기, 압축기

Description

증기 터빈 시스템 및 증기 터빈 시스템의 에너지 효율 증가 방법{STEAM TURBINE SYSTEM AND METHOD FOR INCREASING THE EFFICIENCY OF STEAM TURBINE SYSTEM}
본 발명은 증기를 이용하여 터빈 동력을 발생시키는 증기 터빈 시스템과 상기 증기 터빈 시스템의 에너지 효율 증가 방법에 관한 것이다.
증기 터빈은 내부로 유입되는 고온, 고압의 증기에 저장된 열에너지를 운동에너지로 바꿔주는 장치이다. 증기 터빈에서 운동에너지를 발생시킨 증기는 저온, 저압이 되어 터빈의 외부로 방출된다. 따라서, 증기 터빈은 유입 및 유출 압력차가 클수록 많은 열에너지를 운동에너지로 회수할 수 있다.
증기 터빈의 종류 중 하나로 응축식 터빈이 있다. 응축식 터빈은 다량의 냉각수를 응축기의 관을 통해 순환시킴으로써 증기를 응축시키며, 응축과정을 통해 응축기에서는 저압이 유지되고 이를 통하여 터빈의 효율이 높아진다.
증기 터빈은 가능한 최대 효율을 유지해야 하기 때문에 주요 발전소에서 대형 발전기와 직접 연결된 응축식 터빈을 주로 사용하며, 따라서, 최근에는 응축식 터빈과 관련한 연구가 활발히 진행되고 있다. 상기 연구의 일환으로 응축식 터빈의 에너지 효율을 보다 개선시키는 방안이 고려될 수 있다.
본 발명의 일 목적은, 에너지 효율이 보다 높은 증기 터빈 시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 응축식 터빈의 유출 증기를 재활용하는 장치 및 방법을 제공하는 것에 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예와 관련된 증기 터빈 시스템은 증기를 생성하는 보일러와, 유입부 및 유출부를 구비하고 상기 유입부를 통하여 상기 생성된 증기를 유입하고 상기 유입부에서 상기 유출부로 유동하는 증기를 이용하여 동력을 발생시키는 증기 터빈과, 상기 유출부와 연결되고 상기 유출부를 통하여 유출되는 증기의 부피를 감소시키도록 상기 유출되는 증기를 응축시키는 응축기, 및 상기 유출되는 증기 중 일부를 유입시키도록 상기 응축기와 연결되고 상기 유입되는 증기를 보다 고온 및 고압으로 변환시키도록 압축하는 압축기를 포함한다.
상기 일 실시예와 관련된 일 태양으로서, 상기 압축기는 증기재압축(MVR, mechanical vapor recompression)식 압축기가 될 수 있다. 압축기는 상기 압축기에서 고온 및 고압으로 변환된 증기의 열에너지를 상기 압축기와 이격된 장소에서 이용가능하도록 상기 변환된 증기를 상기 이격된 장소로 이송시키는 이송부와 연결될 수 있다.
상기 일 실시예와 관련된 일 태양으로서, 증기 터빈 시스템은 통합장치를 포함한다. 통합장치는 상기 보일러 및 상기 압축기와 각각 연결되어 상기 보일러에서 생성된 증기 중 일부를 상기 압축기에서 고온 및 고압으로 변환된 증기와 통합한다. 증기 터빈 시스템은 이송부를 포함할 수 있다. 이송부는 상기 통합장치와 연결되어, 상기 통합된 증기를 상기 통합장치와 이격된 장소로 이송시킨다.
상기 일 실시예와 관련된 일 태양으로서, 상기 증기 터빈 시스템은 제어 유닛을 포함한다. 제어 유닛은 상기 응축기내의 압력을 감지하여, 상기 응축기내의 압력이 기설정된 압력보다 높아지면 상기 응축기로 유입되는 냉각수의 양을 증가시킨다. 제어 유닛은 상기 압축기가 구동되면 상기 압축기가 구동되지 않는 경우보다 상기 응축기로 유입되는 냉각수의 양을 감소시키도록 이루어진다.
상기 일 실시예와 관련된 일 태양으로서, 상기 증기 터빈 시스템은 조절 장치를 포함한다. 조절 장치는 상기 유출되는 증기 중 일부가 상기 압축기로 유입되는 양을 조절한다. 조절 장치는 상기 응축기 및 압축기를 연결하는 연결관의 유동 면적을 조절하도록 형성될 수 있다.
상기 일 실시예와 관련된 일 태양으로서, 상기 증기 터빈 시스템은 이젝터를 포함한다. 이젝터는 상기 응축기와 연결되어, 상기 응축기 내에 잔존하는 증기를 배출한다.
본 발명의 다른 일 실시예와 관련된 증기 터빈 시스템은 유입부 및 유출부를 구비하고 상기 유입부로 유입되고 상기 유출부로 유출되는 증기를 이용하여 동력을 발생시키는 증기 터빈과, 상기 유출부와 연결되고 상기 유출부를 통하여 유출되는 증기를 제1 및 제2 증기로 분기시키는 분기부와, 상기 분기부와 연결되고 상기 제1 증기의 부피가 감소하도록 상기 제1 증기를 응축시키는 응축기, 및 상기 분기부와 연결되고 상기 제2 증기를 상기 유출되는 증기보다 고온 및 고압으로 변환시키도록 압축하는 압축기를 포함한다. 싱기 압축기는 증기재압축(MVR, mechanical vapor recompression)식 압축기가 될 수 있다.
상기 다른 일 실시예와 관련된 일 태양으로서, 상기 증기 터빈 시스템은 분기 조절 장치를 포함한다. 분기 조절 장치는 상기 분기부에 배치되어, 상기 제1 및 제2 증기의 분기량을 조절하도록 이루어진다.
또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은 증기 터빈 시스템의 에너지 효율 증가 방법을 개시한다. 증기 터빈 시스템의 에너지 효율 증가 방법은 증기 터빈으로 증기를 유입하고 상기 증기 터빈으로부터 상기 증기를 유출하며 상기 증기의 유입 및 유출 압력 차를 이용하여 상기 증기 터빈에서 동력을 발생시키는 단계와, 상기 유출 압력이 대기압 이하가 되도록 응축기에서 열교환을 통하여 상기 유출되는 증기를 응축시키는 단계, 및 상기 응축되는 증기의 양을 조절하도록 상기 유출되는 증기 중 일부를 압축기로 유입하고 상기 압축기에서 상기 유입한 증기를 보다 고온 및 고압으로 변환시키도록 압축하는 단계를 포함한다.
상기 에너지 효율 증가 방법과 관련된 일 태양으로서, 상기 에너지 효율 증가 방법은 재활용 단계 및 조절 단계 중 적어도 하나를 포함한다. 재활용 단계는 상기 압축된 증기를 에너지원으로 이용하도록 상기 압축된 증기를 재활용하는 단계이다. 조절 단계는 상기 압축기의 구동 여부 및 상기 응축기내의 압력 중 적어도 하나를 이용하여 상기 열교환을 위하여 상기 응축기로 유입되는 냉각수의 양을 조절하는 단계이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 증기 터빈 시스템의 에너지 효율 증가 방법 및 증기 터빈 시스템은 유출되는 증기 중 일부를 압축기로 유입하여, 응축기에서 응축되는 증기의 양을 조절한다. 또한 이를 통하여, 증기 터빈의 유출 압력은 저압으로 유지하고, 압축기에서 고온, 고압으로 변환된 증기는 열에너지원으로 재활용할 수 있게 된다.
또한 본 발명에 관련된 증기 터빈 시스템은 증기재압축식 압축기를 이용하여 압축기에서 유출되는 증기를 보다 고온으로 변환시킨다. 이를 통하여 증기의 재활용이 보다 용이하게 된다.
또한 본 발명에 관련된 증기 터빈 시스템은 조절 장치 및 제어 유닛을 통하여, 압축기를 선택적으로 구동시키고, 응축되는 증기량을 조절하여 에너지 효율을 향상시킨다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 증기 터빈 시스템 및 증기 터빈 시스템의 에너지 효율 증가 방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함 한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 증기 터빈 시스템들(100, 200, 300)의 개략적 구성도들이다.
도 1을 참조하면, 증기 터빈 시스템(100)은 증기 터빈(110), 응축기(120) 및 압축기(130)를 포함한다.
증기 터빈(110)은 유입부(111) 및 유출부(112)를 구비하고, 상기 유입부(111)에서 상기 유출부(112)로 유동하는 증기를 이용하여 동력(113)을 발생시킨다.
증기 터빈(110)은, 예를 들어 베어링으로 지지되고 원통형 케이싱으로 둘러싸인 축(회전자)으로 이루어진다. 증기는 터빈 실린더 주위에 있는 노즐에서 분출된 후, 축에 부착된 날개나 버킷에 충돌해 축을 회전시키며, 축의 회전 에너지는 각종 회전기계의 구동원으로 이용될 수 있다.
증기 터빈(110)으로 유입되는 증기(101)는, 예를 들어 보일러(140)에서 물을 고온, 고압의 증기로 상변화시킴에 의하여 생성될 수 있다. 보일러(140)는, 예를 들어 버너(141)의 연소열을 이용하여 물을 가열하도록 형성될 수 있다.
응축기(120)는 상기 유출부(112)와 연결되고, 상기 유출부(112)를 통하여 유출되는 증기의 부피를 감소시키도록 상기 유출되는 증기를 응축시킨다.
응축기(120)는 공급되는 냉각수(102)가 상기 유출되는 증기와 열교환하도록 형성된다. 상기 냉각수(102)는 상기 응축기(120)를 가로지르는 관을 통해 유동하며, 상기 유출되는 증기로부터 열을 흡수한다.
상기 유출되는 증기는 응축기(120)에서 응축잠열을 냉각수(102)로 전달하면서 물로 상변화한다. 이 때, 같은 질량이지만 증기는 부피가 크나 물은 부피가 작으므로 줄어든 부피만큼 진공이 발생하게 된다. 진공에 의하여 상기 응축기(120) 내의 압력은 대기압보다 낮아지게 되며, 이를 통하여 증기 터빈(110)의 증기 유입 및 유출 압력의 차이는 상기 응축기(120)가 없는 경우보다 커지게 된다.
압축기(130)는 상기 유출되는 증기 중 일부를 유입시키도록 상기 응축기(120)와 연결되고, 상기 유입되는 증기를 보다 고온 및 고압으로 변환시키도록 압축한다. 즉, 상기 증기 터빈(110)에서 유출되는 증기를 전량 응축하지 않고, 일부를 회수하는 것이다. 이를 통하여 응축기(120)의 응축량을 감소하고, 유출되는 증기의 일부를 새로운 열에너지원으로 사용할 수 있게 된다.
도 2를 참조하면, 증기 터빈 시스템(200)은 증기 터빈(210), 응축기(220), 압축기(230) 및 분기부(250)를 포함한다.
증기 터빈(210)은 유입부(211) 및 유출부(212)를 구비하고, 상기 유입부(211)로 유입되고 상기 유출부(212)로 유출되는 증기를 이용하여 동력(213)을 발생시킨다.
분기부(250)는 상기 유출부(212)와 연결되고, 상기 유출부(212)를 통하여 유출되는 증기를 제1 및 제2 증기로 분기시킨다. 분기부(250)는 일단은 상기 유출부(112)와 연결되고, 두 갈래로 갈라져서 타단에서 응축기(220) 및 압축기(230)와 각각 연결되도록 이루어진다. 분기부(250)를 통하여 제1 증기는 응축기(220)로 유입되고, 제2 증기는 압축기(230)로 유입된다.
응축기(220)는 상기 제1 증기의 부피가 감소하도록 상기 제1 증기를 응축시키며, 압축기(230)는 상기 제2 증기를 상기 유출되는 증기보다 고온 및 고압으로 변환시키도록 압축한다. 분기부(250)를 통하여 증기 터빈(210)에서 유출되는 제1 및 제2 증기의 분배를 용이하게 제어할 수 있게 된다.
도 3을 참조하면, 보일러(340)에서 생성된 증기 중 일부는 열에너지원으로 사용되도록 상기 보일러(340)와 이격된 장소로 이송된다. 이는 증기 터빈(310)으로 유입되는 증기(301) 중 일부를 분기하여 이송시킴에 따라 구현될 수 있다.
이하, 상기 증기 터빈 시스템(100, 200, 300)에 적용 가능한 증기 터빈 시스템의 에너지 효율 증가 방법을 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명과 관련된 증기 터빈 시스템의 에너지 효율 증가 방법을 나타내는 흐름도이다.
먼저, 증기 터빈으로 증기를 유입하고 상기 증기 터빈으로부터 상기 증기를 유출하며, 상기 증기의 유입 및 유출 압력 차를 이용하여 상기 증기 터빈에서 동력을 발생시킨다(S100).
증기 터빈은 상기 증기가 유입 및 유출되도록 유입관 및 유출관과 각각 연결될 수 있으며, 유입관은 물에 에너지를 가하여 증기를 생성하는 장치, 예를 들어 보일러 등과 연결될 수 있다.
동력 발생 단계(S100)에서 증기 터빈의 축을 회전시키는 작동 유체인 증기는 물로부터 증발 잠열을 흡수함에 따라 형성될 수 있다. 100℃의 물이 100℃의 증기로 상변화하려면 물 1kg 당 539kcal의 증발잠열이 필요하다. 따라서, 1kg의 증기를 이용하여 동력을 발생시키는데 필요한 열에너지는 539kcal가 된다.
다음은, 상기 유출 압력이 대기압 이하가 되도록 응축기에서 열교환을 통하여 상기 유출되는 증기를 응축시킨다(S200).
상기 유출되는 증기가 응축기로 유입되도록 증기터빈의 유출관은 응축기와 연결될 수 있다. 응축기는 냉각수와 상기 유출되는 증기의 열교환을 통하여 상기 유출되는 증기를 응축한다. 증기의 응축을 통하여 응축기에서는 저압이 유지되어 증기의 팽창비(증기의 원래 부피에 대한 팽창된 부피의 비)를 증가시킨다. 그 결과 증기 터빈의 효율과 일의 출력이 높아진다.
이때, 증기를 다시 물로 응축하기 위하여 상기 증발잠열과 동일한 크기의 응축잠열이 필요하게 되며, 상기 응축잠열은 상기 냉각수에 전달된다. 즉, 동력 발생 단계(S100)에서 작동 유체로 사용하기 위하여, 증기에 가해졌던 증발잠열은 냉각수를 통하여 외부로 방출된다. 예를 들어, 응축되는 증기가 30 ton/hr이라면, 외부로 방출되는 에너지는 약 16,170 Mcal/hr가 된다.
도 4를 참조하면, 증기 터빈 시스템의 에너지 효율 증가 방법은 압축 단계(S300)를 포함한다. 압축 단계(S300)는 상기 응축되는 증기의 양을 조절하도록 상기 유출되는 증기 중 일부를 압축기로 유입하고, 상기 압축기에서 상기 유입한 증기를 보다 고온 및 고압으로 변환시키도록 압축하는 단계이다.
압축기로 유입되는 증기량만큼 응축기로 공급되는 증기량은 감소하게 되나, 응축기 내의 저압은 유지된다. 이는 응축기로 공급되는 증기량은 감소는 응축기 내부의 진공도에 영향을 주지 않기 때문이다. 따라서, 응축되는 증기량은 감소하며, 외부로 방출되는 에너지의 양도 감소하게 된다.
상기 압축된 증기는 고온, 고압이므로 에너지원으로 이용되어 재활용될 수 있다(S400). 예를 들어, 상기 증발 잠열의 가열원으로 재사용되거나, 주변의 건물 등의 난방용 작동 유체로 사용된다.
예를 들어, 압축기가 15 ton/hr을 압축하고, 응축기가 15 ton/hr을 응축한다면, 응축기에서 30 ton/hr을 전량 응축하는 경우보다 약 8,085 Mcal/hr의 잠열이 절감된다.
도 4를 참조하면, 증기 터빈 시스템의 에너지 효율 증가 방법은 조절 단계(S500)를 포함할 수 있다.
조절 단계(S500)는 상기 압축기의 구동 여부 및 상기 응축기내의 압력 중 적어도 하나를 이용하여 상기 열교환을 위하여 상기 응축기로 유입되는 냉각수의 양을 조절하는 단계이다.
냉각수의 양을 조절하는 방법에 대하여, 예를 들어 설명한다.
먼저 압축기가 구동되지 않는 경우에는, 냉각수의 양을 유출되는 증기를 전량 응축할 수 있도록 조절한다. 이때의 냉각수의 양은 계산이나 실험에 의하여 기설정된 양이 될 수 있다.
압축기가 구동되면, 응축기로 유입되는 증기가 감소하게 되며 상기 감소량에 대응하도록 냉각수의 양을 감소시킨다. 응축기의 진공도를 유지하도록 응축기내의압력을 변화를 감지하고 압력이 증가하지 않는 범위에서 냉각수의 감소량을 조절한다. 상기와 같이, 냉각수의 양을 조절함에 따라, 증기 터빈 시스템에 투입되는 에너지의 양을 최소화할 수 있게 된다.
이하 상기 설명한 증기 터빈 시스템의 에너지 효율 증가 방법이 적용된 증기 터빈 시스템(100, 200, 300)을 도 1 내지 도 3을 다시 참조하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 상기 압축기(130)는 이송부(131)과 연결될 수 있다. 이송부(131)은 상기 압축기에서 고온 및 고압으로 변환된 증기의 열에너지를 상기 압축기와 이격된 장소에서 이용가능하도록 상기 변환된 증기를 상기 이격된 장소로 이송시킨다. 상기 이격된 장소에는 상기 증기를 재활용하는 장치(160)가 배치될 수 있다. 상기 재활용 장치(160)는, 예를 들어 고온의 증기가 가지는 열에너지를 이용하는 난방 장치가 될 수 있다. 도시한 바와 같이 난방 장치는 복수로 구비될 수 있다.
이송부(131)는, 예를 들어 압축기(130)에서 증기가 유출되도록 압축기와 연결되는 이송관이 될 수 있다. 이송관은 상기 이격된 장소로 연장되고, 압축기(130)내의 고압은 상기 증기를 상기 이격된 장소로 압송하게 된다.
상기 압축기(130)는 증기재압축(MVR, mechanical vapor recompression)식 압축기가 될 수 있다. 증기재압축식을 통하여 압축기(130)에서 유출되는 증기는 보다 고온이 될 수 있다. 예를 들어, 재활용 장치(160)가 난방 장치라면, 난방 장치에 사용되는 증기는 일정 온도 이상이 되어야만 활용가능하다. 증기재압축식을 통하여 난방 장치로 압송되는 증기는 상기 일정 온도 이상이 될 수 있다.
증기 터빈 시스템(100)은 제어 유닛(170)을 포함할 수 있다.
제어 유닛(170)은 상기 압축기(130)의 구동을 제어하도록 이루어질 수 있다. 구체적으로는 제어 유닛(170)은 상기 압축기를 구동하는 모터(132)를 제어한다. 제 어 유닛(170)이 압축기(130)가 구동하지 않도록 제어하면, 증기 터빈(110)에서 유출되는 증기는 전량 응축기(120)에서 응축하게 된다. 제어 유닛(170)은 상기 압축기(130)가 구동되면 상기 압축기(130)가 구동되지 않는 경우보다 상기 응축기(120)로 유입되는 냉각수(102)의 양을 감소시킨다.
제어 유닛(170)은 상기 응축기(120)내의 압력을 감지하여, 상기 응축기(120)내의 압력이 기설정된 압력보다 높아지면 상기 응축기(120)로 유입되는 냉각수(102)의 양을 증가시키도록 형성된다.
응축기(120)에는 상기 압력 감지를 위한 센서가 장착되며, 제어 유닛(170)는 상기 센서로부터 출력되는 신호를 처리한다. 예를 들어, 먼저, 전량 응축하는 경우에 대응하도록 냉각수(102)의 양을 설정하고, 압축기(130)의 구동에 따라 상기 응축기(120)로 유입되는 냉각수(102)의 양을 감소시킨다. 만약 냉각수(102)의 감소에 의하여 상기 응축기(120)내의 압력이 기설정된 압력, 예를 들어 전량 응축시에 설정 압력보다 높아지면 응축량을 증가시키도록 냉각수(102)의 양을 증가시킨다. 이를 통하여 정상 상태(steady state)에서 증기 터빈 시스템(100)의 에너지 효율을 보다 높일 수 있다.
도 1을 참조하면, 증기 터빈 시스템(100)은 조절 장치(181) 및 이젝터(ejector, 182) 중 적어도 하나를 포함한다.
조절 장치(181)는 상기 유출되는 증기 중 일부가 상기 압축기(130)로 유입되는 양을 조절한다.
조절 장치(181)는 상기 응축기(120) 및 압축기(130)를 연결하는 연결관(131) 의 유동 면적을 조절하도록 형성된다. 예를 들어, 조절 장치(181)는 상기 연결관(131) 내에 설치되는 유량 조절 밸브 등이 될 수 있다. 상기 유량의 조절은 사용자에 의하여 제어되거나, 기설정된 알고리즘을 통하여 제어 유닛(170)에 의하여 제어될 수 있다.
이젝터(182)는 상기 응축기(130)와 연결되어, 상기 응축기(130) 내에 잔존하는 증기를 배출하도록 형성된다. 이젝터(182)는, 예를 들어 응축기(130) 내부보다 보다 높은 진공도를 형성하여 에서 완전히 응축되지 않은 증기를 배출하도록 이루어진다. 이를 통하여 응축기(130)내의 압력을 저압으로 유지될 수 있다.
도 2를 참조하면, 증기 터빈 시스템(200)는 분기부(250)를 통하여 증기 터빈(210)에서 유출되는 증기를 응축기(220) 및 압축기(230)로 분배한다.
분기부(250)는 상기 응축기(220)의 일단이 유출부(212)와 연결되고, 제1 및 제2 경로관(251, 252)으로 분기된다. 제1 및 제2 경로관(251, 252)은 각각 응축기(220) 및 압축기(230)와 연결되어, 상기 제1 및 제2 증기가 유동하게 된다.
증기 터빈 시스템은 분기 조절 장치(291, 292)를 포함할 수 있다. 분기 조절 장치(291, 292)는 상기 분기부(250)에 배치되어, 상기 제1 및 제2 증기의 분기량을 조절한다. 분기 조절 장치(290)는, 예를 들어 각각 제1 및 제2 경로관(251, 252)의 유량을 조절하도록 제1 및 제2 경로관(251, 252) 각각 장착되는 유량 조절 밸브들(291, 292)이 될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 유량 조절 밸브들(291, 292)는 제1 및 제2 경로관(251, 252) 중 어느 하나에만 장착될 수 있다. 유량 조절 밸브들(291, 292)은 사용자 또는 제어 유닛(270)에 의하여 제어될 수 있으며, 이를 통하여 제1 및 제2 증기의 분기량이 조절된다.
도 2를 참조하면, 상기 압축기(230)는 압축기에서 고온 고압으로 변환된 증기를 재활용하는 장치와 연결된다. 상기 증기를 재활용하는 장치는 증기 터빈(210)으로 유입되는 증기를 생성하는 보일러(240)가 될 수 있다. 보일러(240)에서는 상기 압축기에서 고온이 된 증기의 열에너지를 이용하여 물을 가열한다. 압축기(230)는 증기재압축(MVR, mechanical vapor recompression)식 압축기가 될 수 있다. 증기재압축식을 통하여 압축기(130)에서 유출되는 증기는 보다 고온이 될 수 있으며, 이를 통하여 압축기(130)에서 유출되는 증기는 보일러(240)의 가열원으로 활용가능하게 된다.
도 3을 참조하면, 증기 터빈 시스템(300)은 통합장치(390)를 포함한다.
통합장치(390)는 보일러(340) 및 압축기(330)와 각각 연결되어 상기 보일러(340)에서 생성된 증기 중 일부를 상기 압축기(330)에서 고온 및 고압으로 변환된 증기와 통합한다.
통합장치(390)는 감압기(391) 및 통합기(392)를 포함할 수 있다. 감압기(391)는 보일러(340)에서 생성된 증기 중 일부의 압력을 감소시키도록 형성된다. 감압기(391)는, 예를 들어 팽창 밸브 등이 될 수 있다.
통합기(392)는 감압기(391) 및 압축기(330)과 각각 연결되어, 상기 감압된 증기와 상기 변환된 증기를 유입하여 동일한 상태의 증기로 통합한다. 통합된 증기를 상기 통합장치와 이격된 장소로 이송시키도록 이송부(331)가 상기 통합기와 연결된다. 이송부(331)는, 예를 들어 압축기(330)에서 증기가 유출되도록 압축기와 연결되는 이송관이 될 수 있다.
상기 이격된 장소에는 상기 통합된 증기를 활용하는 활용 장치(360)가 배치될 수 있다. 상기 통합된 증기를 이용하는 활용 장치(360)는, 예를 들어 고온의 증기가 가지는 열에너지를 이용하는 난방 장치, 보일러 등이 될 수 있다. 만약, 활용 장치(360)에서 30 ton/hr의 증기가 필요하고, 상기 압축기가 구비되지 않는다면, 보일러(340)는 30 ton/hr의 증기의 전량을 생성하여야 한다. 이에 반해, 본 발명과 같이 증기 터빈(310)에서 유출되는 증기 중 일부, 예를 들어 15 ton/hr의 증기를 압축기(330)를 통하여 압축하고, 상기 보일러에서 생성되는 증기와 통합시킨다면 보일러(340)는 15 ton/hr의 증기만을 생성하면 된다. 이를 통하여 보일러의 에너지 소비량이 절감될 수 있다.
상기와 같은 증기 터빈 시스템 및 증기 터빈 시스템의 에너지 효율 증가 방법은 위에서 설명된 본 발명과 관련한 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들의 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 증기 터빈 시스템들의 개략적 구성도들.
도 4는 본 발명과 관련된 증기 터빈 시스템의 에너지 효율 증가 방법을 나타내는 흐름도.

Claims (14)

  1. 증기를 생성하는 보일러;
    유입부 및 유출부를 구비하고, 상기 유입부를 통하여 상기 생성된 증기를 유입하고, 상기 유입부에서 상기 유출부로 유동하는 증기를 이용하여 동력을 발생시키는 증기 터빈;
    상기 유출부와 연결되고, 상기 유출부를 통하여 유출되는 증기의 부피를 감소시키도록 상기 유출되는 증기를 응축시키는 응축기; 및
    상기 유출되는 증기 중 일부를 유입시키도록 상기 응축기와 연결되고, 상기 유입되는 증기를 보다 고온 및 고압으로 변환시키도록 압축하는 압축기를 포함하는 증기 터빈 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압축기는 증기재압축(MVR, mechanical vapor recompression)식 압축기인 것을 특징으로 하는 증기 터빈 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 응축기내의 압력을 감지하여, 상기 응축기내의 압력이 기설정된 압력보다 높아지면 상기 응축기로 유입되는 냉각수의 양을 증가시키는 제어 유닛을 더 포함하는 증기 터빈 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보일러 및 상기 압축기와 각각 연결되어 상기 보일러에서 생성된 증기 중 일부를 상기 압축기에서 고온 및 고압으로 변환된 증기와 통합하는 통합장치를 더 포함하는 증기 터빈 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 통합장치와 연결되어, 상기 통합된 증기를 상기 통합장치와 이격된 장소로 이송시키는 이송부를 더 포함하는 증기 터빈 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 응축기 및 압축기를 연결하는 연결관의 유동 면적을 조절하여 상기 유출되는 증기 중 일부가 상기 압축기로 유입되는 양을 제어하는 조절 장치를 더 포함하는 증기 터빈 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 응축기와 연결되어, 상기 응축기 내에 잔존하는 증기를 배출하는 이젝터를 더 포함하는 증기 터빈 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 압축기는,
    상기 압축기에서 고온 및 고압으로 변환된 증기의 열에너지를 상기 압축기와 이격된 장소에서 이용가능하도록 상기 변환된 증기를 상기 이격된 장소로 이송시키는 이송부와 연결되는 것을 특징으로 하는 증기 터빈 시스템.
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