스팀 파워 플랜트의 작동 방법 및 이 방법을 실시하기 위한 스팀 파워 플랜트{METHOD FOR OPERATING A STEAM POWER PLANT AND STEAM POWER PLANT FOR CONDUCTING SAID METHOD}
본 발명은 스팀 파워 플랜트(steam power plant)에 관한 것이다. 본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 스팀 파워 플랜트의 작동 방법에 관한 것이다. 본 발명은 더욱이 상기 방법을 실시하기 위한 스팀 파워 플랜트에 관한 것이다.
과거에는, 스팀 파워 플랜트에 에너지를 저장하여, 소정 작동 조건 동안에 상기 에너지를 사용하기 위해 다양한 시도가 이루어졌다. 특허 문헌 EP 2 333 254 B1은, 약한 부하 시기에 예열된 응축물로 채워지고 저압 예열기 통로에 평행한 열원을 구비하는 스팀 파워 플랜트를 제안한다. 이러한 예열된 응축물은, 피크 부하를 생성하기 위해 열원으로부터 인출되어, 예열기 통로 하류에서 응축물 라인을 통해 급수 탱크에 저장된다. 이에 따라, 스팀 발생기의 보일러의 가열 출력을 현저히 변경할 필요 없이 넓은 범위로 파워 플랜트의 파워 생성을 신속하게 제어하는 것이 가능하다. 해당 발명에 따른 스팀 파워 플랜트는 이에 따라 보다 큰 부하 수정에 의해 작동될 수 있고, 또한 더 많은 제어 에너지를 제공할 수 있다. 특허 문헌 EP 2 589 761 A1에는 전술한 EP 2 333 254 B1에 대한 확장이 기술되어 있다. 역시, 스팀 파워 플랜트는, 약한 부하 시기에 예열된 응축물로 채워지고, 저압 예열기 통로에 평행한 열원을 구비한다. 이러한 예열된 응축물은, 피크 부하를 생성하기 위해 열원으로부터 인출되어, 저압 예열기 통로 하류에서 응축물 라인을 통해 급수 탱크에 저장된다. 저장부로 송출되는 온수의 온도를 증가시키기 위해 추가의 열교환기가 마련된다. 이에 따라, 스팀 발생기의 보일러의 가열 출력을 현저히 변경할 필요 없이 넓은 범위로 파워 플랜트의 파워 생성을 신속하게 제어하는 것이 가능하다. 해당 발명에 따른 스팀 파워 플랜트는 이에 따라 보다 큰 부하 수정에 의해 작동될 수 있고, 또한 더 많은 제어 에너지를 제공할 수 있다. 특허 문헌 EP 2 589 760 A1에는 HP 급수 예열기에 평행한 온수 에너지 저장부의 통합이 기술되어 있다. 이 경우, 저장부는 전술한 EP 2 333 254 B1에서보다 온도 및 압력이 더 높다. 특허 문헌 DE 10 2012 213 976 A1에는, 스팀 터빈의 물-스팀 회로에 접속된 보일러로부터의 스팀 질량 유량의 일부를 외부 저장부로 추출하는 것을 포함하는 방법이 개시되어 있다. 스팀은 외부 저장부로부터 방출되고, 필요 시에 스팀 터빈 프로세스에 공급된다. 스팀은, 파워 플랜트가 부분 부하로 작동될 때에 또는 급속 파워 감소가 요구될 때에 외부 저장부로 추출된다. 스팀 터빈은 수정 가변 압력으로 작동되며, 보일러는, 스팀이 외부 저장부로부터 방출되는 동안에 스팀으로 충전된다. 여기에서, 보일러가 충전되는 동안에 저장부에는 보일러로부터 나온 스팀이 공급된다. 저장부가 아직 설치되지 않은 파워 플랜트에 대해서는, EP 2 333 254 B1 및 EP 2 589 761 A1가 최상의 해결책을 제공한다. 그러나, 파워 플랜트에 이미 스팀 저장부가 설치되어 있지만, 이 스팀 저장부가 추가의 파워를 제공하는 데에만 사용되지 않는 경우, 기존의 스팀 저장부를 상이한 방식으로 포함시키는 것이 가장 비용 효율적인 해결책이다.
본 발명의 목적은, 추가의 수익(중재)을 얻도록 전기 요금의 변동을 활용하기 위해 에너지를 저장할 수 있는, 스팀 파워 플랜트의 작동 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 상기 방법을 실시하기 위한 스팀 파워 플랜트를 제공하는 것이다. 이들 목적은 청구항 1에 따른 방법과 청구항 12 및 13에 따른 스팀 파워 플랜트에 의해 달성된다. 본 발명의 스팀 파워 플랜트의 작동 방법은, 고압(HP) 스팀 터빈, 중간압(IP) 스팀 터빈 및 저압(LP) 스팀 터빈을 구비하는 메인 물-스팀-사이클, 컨덴서 및 급수 탱크를 포함하는 스팀 파워 플랜트에 기초하며, 저압 히터가 상기 컨덴서와 상기 급수 탱크 사이에 배치되고, 복수 개의 고압 히터가 상기 급수 탱크의 하류에 배치되며, 상기 저압 히터, 상기 급수 탱크 및 상기 복수 개의 고압 히터에, 상기 스팀 터빈들에 있는 복수 개의 추출부로부터 스팀이 공급된다. 본 발명의 방법은 (a) 상기 스팀 파워 플랜트 내에 스팀 저장 수단을 마련하는 단계, (b) 상기 스팀 파워 플랜트의 제1 작동 기간 동안에 상기 스팀 저장 수단에 스팀을 저장하는 단계, 및 (c) 상기 스팀 파워 플랜트의 제2 작동 기간 동안에, 상기 스팀 터빈에 있는 상기 복수 개의 추출부에서 추출된 스팀을 모으기 위해 상기 스팀 저장 수단에 저장된 스팀을 메인 물-스팀-사이클로 배출하는 단계를 포함한다. 본 발명의 방법의 실시예는, 상기 제1 작동 기간 동안에 상기 고압(HP) 스팀에서 추출된 스팀이 상기 스팀 저장 수단에 저장되고, 상기 복수 개의 고압 히터 중 제1 고압 히터에, 상기 중간압(IP) 스팀 터빈에서 추출된 스팀이 공급되며, 상기 스팀 파워 플랜트의 상기 제2 작동 기간 동안에 상기 스팀 저장 수단으로부터 상기 복수 개의 고압 히터 중 상기 제1 고압 히터로 스팀이 배출되는 것을 특징으로 한다. 상기 제2 작동 기간 동안에 상기 스팀 저장 수단으로부터 상기 복수 개의 고압 히터 중 상기 제1 고압 히터로 배출되는 상기 스팀은, 상기 고압(HP) 스팀 터빈에서 추출된 스팀에 의해 과열될 수 있다. 대안으로서, 상기 제2 작동 기간 동안에 상기 스팀 저장 수단으로부터 상기 복수 개의 고압 히터 중 상기 제1 고압 히터로 배출되는 상기 스팀은, 상기 중간압(IP) 스팀 터빈의 유입구에서 입수 가능한 고온 재가열 스팀에 의해 과열될 수 있다. 대안으로서, 상기 제2 작동 기간 동안에 상기 스팀 저장 수단으로부터 상기 복수 개의 고압 히터 중 상기 제1 고압 히터로 배출되는 상기 스팀은, 상기 복수 개의 고압 히터 중 상기 제1 고압 히터에 공급하기 위해 상기 중간압(IP) 스팀에서 추출된 스팀에 의해 과열된다. 본 발명의 방법의 다른 실시예는, 상기 제1 작동 기간 동안에 상기 고압(HP) 스팀 터빈에서 추출된 스팀이 상기 스팀 저장 수단에 저장되고, 상기 급수 탱크에 상기 중간압(IP) 스팀 터빈에서 추출된 스팀이 공급되며, 상기 스팀 파워 플랜트의 상기 제2 작동 기간 동안에 스팀이 상기 스팀 저장 수단으로부터 상기 급수 탱크로 배출되는 것을 특징으로 한다. 상기 스팀 저장 수단으로부터 상기 급수 탱크로 배출되는 상기 스팀은 상기 고압(HP) 스팀 터빈에서 추출된 스팀에 의해 과열될 수 있다. 대안으로서, 상기 스팀 저장 수단으로부터 상기 급수 탱크로 배출되는 상기 스팀은, 상기 중간압(IP) 스팀 터빈의 유입구에서 입수 가능한 고온 재가열 스팀에 의해 과열될 수 있다. 대안으로서, 상기 복수 개의 고압 히터 중 제1 고압 히터에는 상기 중간압(IP) 스팀 터빈에서 추출된 스팀이 공급되고, 상기 스팀 저장 수단으로부터 상기 급수 탱크로 배출되는 상기 스팀은, 상기 복수 개의 고압 히터 중 상기 제1 고압 히터에 공급하기 위해 상기 중간압(IP) 스팀 터빈에서 추출된 스팀에 의해 과열될 수 있다. 대안으로서, 상기 스팀 저장 수단으로부터 상기 급수 탱크로 배출되는 상기 스팀은, 상기 급수 탱크에 공급하기 위해 상기 중간압(IP) 스팀 터빈에서 추출된 스팀에 의해 과열될 수 있다. 본 발명의 방법의 다른 실시예에 따르면, 상기 스팀 저장 수단은 스팀 저장 탱크이다. 상기 본 발명의 방법을 실시하기 위한 본 발명에 따른 스팀 파워 플랜트는, 고압 스팀 터빈, 중간압 스팀 터빈 및 저압 스팀 터빈을 구비하는 스팀-물-사이클, 컨덴서 및 급수 탱크를 포함하며, 저압 히터가 상기 컨덴서와 상기 급수 탱크 사이에 배치되고, 제1 및 제2 고압 히터가 상기 급수 탱크 하류에 배치되며, 상기 저압 히터, 상기 급수 탱크 및 상기 고압 히터에, 상기 스팀 터빈에 있는 복수 개의 추출부로부터 스팀이 공급된다. 상기 스팀 파워 플랜트는, 스팀을 수용하기 위한 입력부 및 스팀을 배출하기 위한 출력부를 지닌 스팀 저장 수단이 상기 스팀 파워 플랜트에 마련되고, 상기 스팀 저장 수단의 상기 입력부가 상기 고압 스팀 터빈에 있는 스팀 추출부에 작동 가능하게 접속되며, 상기 스팀 저장 수단의 상기 출력부가 상기 제1 고압 히터에 작동 가능하게 접속되는 것을 특징으로 한다. 상기 본 발명의 방법을 실시하기 위한 본 발명에 따른 다른 스팀 파워 플랜트는, 고압 스팀 터빈, 중간압 스팀 터빈 및 저압 스팀 터빈을 지닌 스팀-물-사이클, 컨덴서 및 급수 탱크를 포함하며, 저압 히터가 상기 컨덴서와 상기 급수 탱크 사이에 배치되고, 제1 및 제2 고압 히터가 상기 급수 탱크 하류에 배치되며, 상기 저압 히터, 상기 급수 탱크 및 상기 고압 히터에, 상기 스팀 터빈에 있는 복수 개의 추출부로부터 스팀이 공급된다. 상기 스팀 파워 플랜트는, 스팀을 수용하기 위한 입력부 및 스팀을 배출하기 위한 출력부를 지닌 스팀 저장 수단이 상기 스팀 파워 플랜트에 마련되고, 상기 스팀 저장 수단의 상기 입력부가 상기 고압(HP) 스팀 터빈에 있는 스팀 추출부에 작동 가능하게 접속되며, 상기 스팀 저장 수단의 상기 출력부가 상기 급수 탱크에 작동 가능하게 접속되는 것을 특징으로 한다. 특히, 상기 스팀 저장 수단에서 추출된 스팀을, 상기 고압(HP) 스팀 터빈에서 추출된 스팀이나 상기 고압 히터들 중 상기 제1 고압 히터에 공급하기 위해 상기 중간압(IP) 스팀 터빈의 유입구에서 입수 가능한 고온 재가열 스팀 또는 상기 고압 히터들 중 제1 고압 히터에 공급하기 위해 상기 중간압(IP) 스팀 터빈에서 추출된 스팀을 이용하여 과열하기 위한 수단이 마련될 수 있다. 더욱이, 상기 스팀 저장 수단에서 추출된 스팀을, 상기 급수 탱크에 공급하기 위해 상기 중간압(IP) 스팀 터빈에서 추출된 스팀을 사용하여 과열하기 위한 수단이 마련될 수 있다.
이제, 상이한 실시예에 의해 그리고 첨부도면을 참고로 하여 본 발명을 보다 면밀히 설명하겠다.
도 1은 종래 기술의 기본적인 물-스팀-사이클 구성을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라, 도 1에 도시한 물-스팀-사이클 구성에서 고압 히터에 스팀 저장부를 포함시키는 것을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라, 도 1에 도시한 물-스팀-사이클 구성에서 고압 히터에 스팀 저장부를 포함시키는 것을 보여주는 도면.
주 목적은 스팀 파워 플랜트에 열에너지 저장부(스팀 저장부)를 포함시키는 것이다. 스팀 저장 수단 또는 탱크의 배출 중에, 스팀은 추출 스팀을 모으기 위해 메인 물-스팀-사이클에 공급된다. 이렇게 함으로써, 플랜트의 파워 출력이 증가될 수 있다. 근간은 도 1에 도시한 종래 기술의 스팀 파워 플랜트이다. 도 1의 스팀 파워 플랜트(10)는 고압(HP) 스팀 터빈(11), 중간압(IP) 스팀 터빈(12) 및 발전기(14)를 구동하는 저압(LP) 스팀 터빈(13)을 포함한다. 라이프 스팀(25)은 도시하지 않은 보일러[또는 열회수 스팀 발생기(Heat Recovery Steam Generator; HRSG)]로부터 고압 스팀 터빈으로 공급된다. 고압 스팀 터빈(11)에서 팽창한 후, 스팀은 보일러의 저온 재가열부(24)로 다시 공급된다. 그 후, 보일러에서 나온 고온 재가열(26) 스팀은 중간압(IP) 스팀 터빈(12)에 공급되며, 중간압 스팀 터빈의 출구는 저압(LP) 스팀 터빈(13)의 유입구에 접속된다. 저압(LP) 스팀 터빈(13)에서 나온 스팀은 컨덴서(15)로 흘러들어간다. 결과적인 응축물은 응축물 펌프(16)에 의해 열교환기(17)와 일련의 저압 히터(LPH)(18)를 거쳐 급수 탱크(19)로 펌핑된다. 급수 펌프(20)는 급수를 급수 탱크(19)로부터 고압 히터(HPH)(21a, 21b) 및 완열기(DeSH)(22)를 거쳐 보일러/열회수 스팀 발생기(도시하지 않음)의 이코노마이저(economizer)(23)로 펌핑한다. 저압 히터(18)에는, 저압 스팀 터빈(13)과 중간압 스팀 터빈(12)의 다양한 지점(추출부 E1 내지 E4)에서 추출된 스팀이 공급된다. 급수 탱크(19)는 중간압 스팀 터빈(12)의 추출부 E5로부터 스팀을 받는 한편, 제1 고압 히터(21a)와 완열기(22)는 중간압 스팀 터빈(12)의 추출부 E6에 접속된다. 제2 고압 히터(21b)는 추출부 E7로부터, 즉 고압 스팀 터빈(11)의 유출구로부터 직접 스팀을 받는다. 도 1에는 HP 추출부가 도시되어 있지 않지만, 역시 가능할 수 있다. 이제, 일반적으로 추출 스팀의 압력이 보다 높을수록, 스팀이 “일”을 전달할 수 있는 스팀 터빈에 있는 경로는 더 길어진다. 질량 유량이 비슷한 경우, 이것은 사실일 것이다. 그러나, 스팀 저장부에 있어서, 최소 압력이 보다 낮을수록, 저장부로부터 더 많은 질량이 추출될 수 있고, 보다 낮은 스테이지에 스팀 저장부를 포함시키는 것은 훨씬 더 높은 전력 출력 증가를 초래할 수 있다. 최대 저장 압력이 24 에서의 저온 재가열(CRH) 압력일 때, 저장부는 (도 1에서의) 제2 고압 히터(21b)에 접속될 수 없는데, 그 이유는 저장부로부터 스팀을 추출할 때에 압력이 감소하기 때문이다. 따라서, 하향 순서로 제1의 가능한 급수 예열기는 제1 고압 히터(21a)이다. 다수의 고압 급수 예열기가 있는 경우, 저장부는 상기 예열기들 중 저장 압력보다 낮은 압력을 갖는 예열기에 접속될 수 있다. 과열 스팀의 소스에 따라, 저장부로부터의 스팀 압력은 (시스템 내에서의 압력 강하에 따라) 원래 추출 압력보다 약간 낮을 수 있다. 도 2는 이제, 저장 탱크(27)를 지닌 스팀 저장 수단이 고압 히터(21a)에 포함된 본 발명의 실시예를 보여준다. 이러한 고압 히터(21a)가 IP 스팀 터빈(12)(추출부 E6)에 접속되면, 고온(대략 400 ℃ 이상)과, 24 에서의 저온 재가열 압력보다 낮은 압력(대략 25 바아)을 가질 것이다. 저장 탱크(27)로부터 나온 스팀을 과열하는 상이한 방식이 있다. 제1 과열 옵션(29)[밸브(30)]에 따르면, 저장 탱크(27)로부터 나온 스팀은 고압 스팀 터빈(11)의 출구로부터 나온 저온 재가열부(24)에 의해 과열될 수 있다. 제2 과열 옵션(31)[밸브(32)]에 따르면, 저장 탱크(27)로부터 나온 스팀은 고온 재가열부(26), 즉 중간압 스팀 터빈(12)의 유입구에 공급되는 스팀에 의해 과열될 수 있다. 제3 과열 옵션(33)[밸브(34)]에 따르면, 저장 탱크(27)에서 나온 스팀은 중간압 스팀 터빈(12)에 있는 추출부 E6에서 나온 스팀, 즉 고압 히터(21a)에 공급되는 스팀에 의해 과열될 수 있다. 전술한 기능을 완성하기 위해 다른 밸브(28, 35, 36)가 마련된다. 스팀의 과열 정도가 오히려 낮으면, 단지 그 고압 예열기(21a)의 완열기를 차단하고 저장 탱크(27)로부터 나온 스팀을 응축부에 직접 도입하는 것이 타당하다. 완열기(22)와 응축부[밸브(35)] 사이에 체크 밸브가 없는 경우에는, 체크 밸브가 개장되어야만 한다. 제3 과열 옵션(33)은 앞서 설명한 3개의 과열 변형예 중 최고 저장 효율을 갖는다. 더욱이, 스로틀 밸브[밸브(28)]는 고압 히터(21a)의 압력에 대한 압력을 제어한다. 본 발명의 다른 실시예가 도 3에 도시되어 있다. 도 3에 따르면, 저장 탱크(27)를 지닌 스팀 저장 수단이 급수 탱크(19)에 포함된다. 저장 탱크(27)에서 나온 스팀을 급수 탱크(19) - 대략 10 바아의 압력 레벨임 - 에 포함시킬 때, 보다 많은 스팀이 저장 탱크(27)에서 추출될 수 있다. 저장 탱크(27) 하류에도 스로틀 밸브(28)가 필요할 것이다. 저장 스팀을 과열하기 위해, 앞서 설명한 3개의 과열 옵션이 가능하다. 급수 탱크(19)의 추출부 E5에서 나온 스팀을 사용하는 제4 옵션(39)이 가능하다. 이러한 해결책은 보다 높은 전력 증가를 초래하지만, 고압 히터(21a)에 포함하는 경우에 비해 약간 더 낮은 저장 효율을 갖는다. 스로틀 밸브(28)는 급수 탱크 압력에 대한 압력을 제어한다. 정지 밸브(38)가 폐쇄된 경우, 본래 추출 스팀 흐름은 급수 탱크(19)에 진입할 수 없다. 전술한 기능을 완성하기 위해 밸브(37, 40)가 마련된다. 여기에서는 가장 실용적인 예시적인 실시예라고 생각되는 것으로 본 개시를 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 다른 특정 형태로 구현될 수 있다. 예컨대, 예시적인 파워 플랜트는 단지 2개의 저압 히터 및/또는 저압 추출부에 접속된 급수 탱크 및/또는 3개 이상의 고압 히터를 가질 수 있다. 현재 개시된 실시예는 이에 따라 모든 면에서 예시적인 것이지 제한되지는 않는 것으로 고려된다. 본 개시의 범위는 전술한 설명보다는 첨부된 청구범위에 의해 알려지며, 청구범위의 의미와 범위 및 등가물에 속하는 모든 변형은 본 발명에 포함되는 것으로 의도된다.
10 : 스팀 파워 플랜트
10a, 10b : 스팀 파워 플랜트
11 : 고압(HP) 스팀 터빈
12 : 중간압(IP) 스팀 터빈
13 : 저압(LP) 스팀 터빈
14 : 발전기
15 : 컨덴서
16 : 응축물 펌프
17 : 열교환기
18 : 저압 히터(LPH)
19 : 급수 탱크
20 : 급수 펌프
21a, 21b : 고압 히터(HPH)
22 : 완열기(DeSH)
23 : 이코노마이저(로)
24 : 저온 재가열부(로)
25 : 라이프 스팀(으로부터)
26 : 고온 재가열부(로부터)
27 : 스팀 저장 탱크
27a : 입력부(스팀 저장 탱크)
27b : 출력부(스팀 저장 탱크)
28, 30, 32 : 밸브
29, 31, 33, 39 : 과열(SH) 옵션
34 내지 38, 40 : 밸브
E1 내지 E7 : (스팀의) 추출부 |
