KR19980040926A - 복합발전 폐열회수 보일러 절탄기 증발현상 방지구조 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

본 발명은 가스터빈시스템과 폐열회수 보일러 시스템과 증기터빈 시스템으로 구성된 복합발전시스템의 폐열회수 보일러 시스템에서 절탄기내 유체의 증발현상을 방지하기 위한 구조에 관한 것이다.

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

에너지 손실없이 절탄기의 유체증발을 방지할 수 있는 구조의 제공.

3. 발명의 해결방법의 요지

절탄기출구와 증발기드럼출구에 온도감지장치를 설치하고 절탄기에 밸브를 장치하여 절탄기로 흐르는 급수유로의 길이를 조절함.

4. 발명의 중요한 용도

복합발전시스템의 절탄기에 사용하여 간단한 밸브설치로 절탄기의 유체증발을 방지할 수 있다.

Description

복합발전 폐열회수 보일러 절탄기 증발현상 방지구조

본 발명은 가스터빈 시스템과 폐열회수 보일러 시스템과 증기터빈 시스템으로 구성된 복합발전 시스템의 폐열회수 보일러 시스템에서 절탄기내 유체의 증발현상을 방지하기 위한 구조에 관한 것이다.

복합발전 시스템은 보통 연료를 연소시켜 고압 고온의 연소가스를 발생시키고 이 고온 고압의 연소가스를 이용하여 가스터빈을 구동하여 전기를 발생하는 가스터빈 시스템과, 가스터빈을 구동하고 배출되는 연소가스의 열을 회수하는 폐열회수 보일러 시스템과, 폐열회수 보일러 시스템에서 발생된 고온 고압의 증기를 이용하여 증기터빈을 구동시켜 전기를 발생시키는 증기터빈 시스템으로 구성되어 있다.

이와 같은 통상의 복합발전시스템의 구조를 상세히 보면 제1도에서와 같이 가스터빈 시스템(1)은 연료를 연소시키는 연소실(13)과 터빈(11)과 발전기(14)로 구성되어 있으며, 폐열회수 보일러 시스템(2)은 절탄기(21)와 증발기(22)와 증발기드럼(24)과 과열기(23)로 구성되어 있으며, 증기터빈시스템(3)은 발전기(32)에 연결된 증기터빈(31)과 응축기(5)와 펌프(6)와 탈기기(4)와 급수펌프(7)로 구성되어 있다.

이와 같은 복합발전 시스템의 작용원리는 제1도를 참조로 설명하면 다음과 같다. 공기를 일정압력(일반적으로 13기압)까지 압축하며 압축된 공기는 연소실(13)로 유입되고 가스 또는 오일(15)을 연소실(13)에 유입시켜 연소시키면 고온(보통 1300℃)의 연소가스가 생성되고 이 연소가스가 터빈(11)을 구동시키면 터빈과 연계된 발전기(14)를 구동시켜 전기를 발생시킨다.

터빈을 구동하고 배출되는 연소가스(26)는 약 500℃ - 600℃ 사이이다. 이 연소가스를 이용하여 폐열회수 보일러 시스템(2)은 고온 고압의 증기를 발생시키며 이 증기는 증기터빈(31)으로 유입되어 증기터빈을 회전시키고 증기터빈의 회전력은 발전기(32)를 통하여 전기를 발생시킨다.

증기터빈을 회전시키고 유출된 증기는 1기압 이하의 진공압에 가깝다. 이 증기는 응축기(5)로 유입되어 액체로 변환되며 변환된 액체는 펌프(6)를 지나 탈기기(4)로 유입되어 탈기된 다음 보일러 급수펌프(7)를 거쳐 폐열회수 시스템의 절탄기(21)에 유입된다. 폐열회수 보일러 시스템(2)은 가스터빈에서 유입되는 배가스(26)의 맨 앞단에 과열기(23)가 배치되고 증발기(22) 및 절탄기(21)의 순서대로 배치된다.

과열기(23)는 증발기(22)에서 발생된 증기를 고온으로 가열하는 것으로 가장 높은 온도의 배기가스를 필요로 한다. 과열기에서는 증기에 열을 방출한 배개가스는 온도가 강하되어 증발기(22)에 유입되며 증발기에서는 포화액체를 포화증기로 만드는 역할을 하며 증발기의 크기에 따라 증발량이 결정되며 열역학적으로 증발기 출구에서의 가스 온도는 증발기 포화온도 보다 높아야 하며 보통의 설계에서는 증발기 출구의 가스온도와 포화온도차를 PINCH POINT로 정의하여 설계시 기준치로 정한다.

이 설계 기준치하에서 열역학적으로 최대의 증발량을 얻기 위해서는 절탄기(21)에서 증발기드럼(24)에 유입되는 온도를 최대한으로 높게 설계하여야 하며 그 온도가 증발기의 포화온도이다.

이와 같은 복합발전은 최대의 시스템 효율을 얻는 것이 최대의 장점이다. 특히 폐열회수 보일러는 가스터빈에서 배출되는 배기가스를 최대한 이용하여 최대한의 증기를 발생시키도록 설계하는 것이 폐열회수 보일러 설계의 가장 중요한 요소가 된다.

폐열회수 보일러에서 증기발생량은 증발기에서 결정되며 증발기의 증발량은 PINTCH POINT(증발기의 증기출구 온도 및 가스출구 온도차) 및 APPROACH POINT(증발온도 및 증발기 입구 온도차)에 의하여 영향을 받는다.

PINTCH POINT는 가스온도 및 증발압력에 영향을 받는다. 따라서 APPROACH POINT를 최소로 하는 것이 최대의 증발량을 얻는 것이다.

최대의 증발량을 얻기 취하여 일반적으로 설계점에서 APPROACH POINT를 0으로 설계한다. 이럴 경우 발생될 수 있는 문제로는 운전중 절탄기 출구 유체의 온도가 포화온도 이상으로 상승하는 경우가 발생되며 이럴 경우 절탄기내에서 증기가 발생되며 증기가 발생되 경우 전열 효율의 저하 및 내구성에 문제를 발생시킨다.

절탄기에서 증발이 발생되지 않게 하기 위하여 기존의 방법은 제1도에서와 같이 절탄기(21) 출구에 밸브(25)를 설치한다. 이 경우 절탄기내의 압력을 높게 유지시키고 유체가 밸브(25)를 지나는 순간 압력을 증발기에서 필요로 하는 만큼 감소 시킨다. 이 방법의 경우 절탄기의 압력이 작동중 절탄기 출구의 증발압력보다 높게 유지시킬 수 있으므로 절탄기내에서는 증발이 발생되지 않아 앞에 언급된 문제는 발생되지 않지만, 고압을 유지시키기 위한 펌프동력이 소요되며 비록 절탄기에서는 증기가 발생되지 않지만 고압을 유지시키기 위한 밸브(25)를 지나면서 증기가 발생되면 파이프 라인을 보호하기 위해 이 증기를 외부로 빨리 빠져나가게 함으로 인해 전체 시스템의 에너지 손실을 초래하게 되는 문제점을 갖고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 복합발전 시스템의 절탄기 구조가 갖고 있는 문제점을 해결하기 위해서 안출한 것으로서, 에너지 손실없이 절탄기의 유체증발을 방지할 수 있는 구조의 제공을 그 목적으로 한다.

이와 같은 목적은 절탄기출구와 증발기드럼출구에 온도감지장치를 설치하고 절탄기에 밸보를 장치하여 절탄기로 흐르는 급수유로의 길이를 조절하는 본 발명의 구조에 의하여 달성될 수 있는 바, 첨부도면을 참조로 하여 이하에 상세히 설명한다.

제 1 도는 통상의 복합발전시스템의 구성도.

제 2 도는 본 발명에 따른 복합발전시스템의 구성도.

*도면중 주요 부호에 대한 부호의 설명*

1. 가스터빈 시스템2. 폐열회수 보일러 시스템

3. 증기터빈 시스템4. 탈기기

5. 응축기6. 탈기기 급수펌프

7. 보일러 급수펌프21. 절탄기

22. 증발기23. 과열기

24. 증발기드럼29. 증발기드럼 출구온도 감지기

30. 절탄기 출구온도 감지기41. 절탄기 유입내관

42. 바이패스 배관

본 발명은 제2도에서 보는 바와 같이 연료를 연소시키는 연소실(13)과 터빈(11)과 발전기(14)로 구성된 가스터빈 시스템(1)과, 절탄기(21)와 증발기(22)와 증발기드럼(24)과 과열기(23)로 구성된 폐열회수 보일러 시스템(2)과, 발전기(32)에 연결된 증기터빈(31)과 응축기(5)와 펌프(6)와 탈기기(4)와 급수펌프(7)로 구성된 증기터빈 시스템(3)으로 구성된 복합발전시스템에 있어서,

상기 절탄기(21)의 절탄기유입배관(41)에 밸브(27)를 설치하고 상기 절탄기유입배관(41)에 밸브(27)를 바이패스하여 절탄기(21) 내부배관에 연결되는 바이패스배관(42)을 설치하고 이 바이패스배관에 밸브(28)를 설치하며, 절탄기 출구배관에 절탄기 출구온도 감지기(30)를 설치하고 증발기드럼(24) 출구배관에 증발기드럼 출구온도 감지기(29)를 설치하며, 상기 증발기드럼 출구온도 감지기(29)와 절탄기 출구온도 감지기(30)를 절탄기유입배관(41)과 바이패스배관(42)에 설치된 밸브(27,28)에 연결되도록 구성한 것을 특징으로 하는 구조이다.

이와 같은 구성을 통한 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저 절탄기 출구배관과 증발기드럼 출구배관에 설치된 절탄기 출구온도감지기(30)와 증발기드럼 출구온도 감지기(29)를 통하여 절탄기 출구온도와 증발기드럼 출구온도를 측정한다.

상기에서 측정된 값에 의해 절탄기 출구온도가 증발기 드럼 출구온도보다 낮을 경우 바이패스배관(42)의 밸브(28)을 닫고 절탄기유입배관(41)의 밸브(27)를 열고 운전을 한다. 이렇게 되면 절탄기내를 흐르는 유체의 유동경로가 길어져 유체의 온도가 올라가게 된다.

만약 절탄기 출구온도가 증발기드럼 출구온도보다 높을 경우는 절탄기유입배관(41)의 밸브(27)를 닫고 바이패스배관(42)의 밸브(28)를 열고 운전을 하도록 한다. 이렇게 되면 절탄기내의 유체유동경로가 짧아져서 절탄기출구측의 온도는 올라가게 된다.

상기와 같은 밸브의 조작은 컴퓨터 프로그램화 하여 자동화 하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 본 발명은 폐열회수 보일러의 운전중 절탄기내에서 증기가 발생하는 현상을 방지할 수 있어 전열성능의 저하를 방지하고 절탄기 내구성을 증진시킬 수 있으며, 기존의 방법이 펌프의 작동압력을 증가시켜 운전비용을 증가시키는 것에 대하여 본 발명은 펌프의 작동압력을 증가시키지 않기 때문에 운전 비용을 증가시키지 않으므로 경제적으로도 큰 효과를 얻을 수 있다.

Claims (1)

1. 연소실(13)과 터빈(11)과 발전기(14)로 구성된 가스터빈 시스템(1)과, 절탄기(21)와 증발기(22)와 증발기드럼(24)과 과열기(23)로 구성된 폐열회수 보일러 시스템(2)과, 발전기(32)에 연결된 증기터빈(31)과 응축기(5)와 펌프(6)와 탈기기(4)와 급수펌프(7)로 구성된 증기터빈 시스템(3)으로 구성된 복합발전시스템에 있어서,

   상기 절탄기(21)의 절탄기유입배관(41)에 밸브(27)를 설치하고 상기 절탄기유입배관(41)에 밸브(27)를 바이패스하여 절탄기(21) 내부배관에 연결되는 바이패스배관(42)을 설치하고 이 바이패스배관에 밸브(28)를 설치하며, 절탄기 출구배관에 절탄기 출구온도 감지기(30)를 설치하고 증발기드럼(24) 출구배관에 증발기드럼 출구온도 감지기(29)를 설치하며, 상기 증발기드럼 출구온도 감지기(29)와 절탄기 출구온도 감지기(30)를 절탄기유입배관(41)과 바이패스배관(42)에 설치된 밸브(27,28)에 연결되도록 구성한 것을 특징으로 하는 복합발전 폐열회수 보일러 절탄기 증발현상 방지구조.