증기터빈의 봉입 증기 공급용 추기 라인 구조{Auxiliary sealing steam supplying line structure for steam turbine}
본 고안은 복합화력발전소의 증기터빈에 봉입용 증기를 공급하기 위한 추기 배관 라인에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 추기 배관 라인 상에 응축수가 생성되는 현상을 방지하고, 생성된 응축수도 즉시 배출되도록 하여 증기 터빈에 응축수의 유입을 방지할 수 있도록 된 증기터빈의 봉입 증기 공급용 추기 라인의 증기 배출 배관 구조에 관한 것이다. 첨부도면 도 1에 도시된 바와 같이, 복합화력발전소는, 연료의 연소에 의한 열에너지를 가스 터빈에서 회전력으로 변환시키고, 이 회전력으로 발전기를 구동시켜 전력을 생산하는 한편, 상기 가스 터빈에서 배출되는 고온의 배기가스를 회수하여 배열회수보일러(HRSG, Heat Recovery Steam Generator)에서 증기를 발생시키며, 보일러에서 발생된 증기를 이용하여 증기터빈과 발전기를 구동시켜 전력을 생산한다. 이와 같은 복합화력발전소에 있어서의 증기터빈은, 터빈 샤프트 양단부를 밀봉하기 위하여 터빈 샤프트와 케이싱 사이에 요철식의 패킹(Packing)을 형성하고 있다. 증기터빈 운전시 터빈 내부는 고압을 유지하고 있으나, 터빈 내부를 통과하는 증기는 상기한 패킹의 요철부를 지나면서 급격한 압력강하가 발생하고, 최외단측의 패킹부분에서는 대기압보다 저압이 유도되어 샤프트와 패킹 사이로 외부의 공기가 유입되는 현상이 발생한다. 따라서, 종래에는 터빈 운전시 외부로부터 들어오는 공기를 막기 위하여 실링부 중간의 케이싱과 패킹에 구멍을 뚫어, 이 구멍에 봉입 증기 공급용 추기 라인을 연결하고, 이 추기 라인을 통하여 터빈 샤프트와 패킹 사이에 소량의 실링(Sealing)용 증기를 공급해 주도록 되어 있다. 상기한 봉입 증기 공급용 추기 라인 내의 압력은 대기압 보다 낮기 때문에, 외부의 공기가 케이싱과 패킹 사이의 틈새를 타고 터빈 내부로 유입되더라도 상기 봉입 증기 공급용 추기라인으로 유입되어 터빈측으로부터 누출되는 증기와 함께 배출되고, 이 추기 라인으로 배출되는 증기와 공기를 응축기에서 응축시켜 외부로 배출하도록 되어 있다. 한편, 상기 실링용 증기는 증기터빈 구동 전에 증기터빈을 예열시키는 작용도 한다. 상기한 실링용 증기는, 증기터빈이 정상 운전상태에 돌입한 상태에서는 증기터빈 자체에서 추기하여 공급할 수 있지만, 초기 기동시에는 증기터빈 자체적으로 공급할 수 없어 봉입이 불가능하므로, 상기와 같이 별도의 추기 라인을 통하여 공급하게 되어 있는 것이다. 이러한 추기 라인은, 외부의 보조 보일러로부터 구성하거나 인접한 발전소로부터 구성하기도 하고, 이들의 사용이 불가능할 경우에는 전술한 배열회수보일러(HRSG)로부터 구성하여 거기서 발생된 증기를 일정한 조건으로 형성하여 공급하도록 되어 있다. 그리고, 통상적으로 증기터빈의 부하가 40%정도 이상이 되면 상기한 추기라인으로부터 봉입 증기를 공급받지 아니하고, 증기터빈 자체의 추기 증기를 봉입용 증기로 사용한다. 종래에 배열회수 보일러로부터 구성되는 봉입용 증기 추기라인의 구성은, 도 2에 도시된 바와 같이, 배열회수보일러(10)의 중압 드럼(20)의 재열기(Reheater)(22) 출구부에서 별도의 추기라인(30)을 형성하고, 이 추기라인(30)의 일중간에 압력강하용 콘트롤밸브(40)를 설치하여 중압 드럼(20)으로부터 추기된 봉입용 증기가 증기 터빈의 실링부로 공급되도록 되어 있었다. 도 2에서 부재번호 50은 고압 드럼이고, 부재번호 52는 과열기(Superheater)이다. 그리고, 상기 보일러의 추기라인(30)으로부터는, 도 3에 도시된 것과 같이, 증기 터빈의 실링부로 연결되는 제1라인(L1)과, 상기 제1라인(L1)의 일측으로부터 분기되어서 콘덴서로 연결되는 제2라인(L2)과, 상기 제2라인(L2)로부터 분기되는 제3라인(L3)이 구성된다. 배열회수보일러(10)측의 추기라인(30)으로부터 콘트롤밸브(40)를 통과하여 공급된 봉입용 증기는 상기 제1라인(L1)을 통하여 증기 터빈의 실링부로 공급되어 증기터빈 구동 전에 증기터빈을 예열시키는 작용을 한다. 이후, 증기 터빈이 구동한 후에 만일 외부의 공기가 터빈 내부로 유입되어 터빈측으로부터 누출되는 증기와 함께 상기 제1라인으로 역류되거나, 봉입용 증기가 과도하게 공급되는 등의 원인에 의해 상기 제1라인(L1)의 압력이 설정압력보다 높아지면 압력 응동 밸브(60)를 통해 빠져나가 콘덴서로 보내져서 응축수로 상변화 된 다음 외부로 배출되게 된다. 이와 같이 상기 제1라인(L1)과 제2라인(L2)의 관 내부에서는 봉입용 증기 등이 정체하게 되는데, 관 내부와 외부의 온도 차이로 인해 관 내부의 증기가 일부 응축이 되어 응축수가 생성될 수 밖에 없다. 상기 제3라인(L3)은 이와 같이 봉입용 증기 추기 라인(30,L1)에 생성된 응축수를 자동적으로 배출시키기 위하여 구성되는 것으로서, 그 중간에는 스팀 트랩 밸브(61)가 설치되고, 이 스팀 트랩 밸브(61)의 전,후에는 차단밸브(62,63)가 설치되며, 상기 두 차단 밸브(62,63)의 전,후로는 바이패스 회로(L4) 및 바이패스 밸브(64)가 구성되어 있다. 상기 봉입용 증기 추기 라인(30,L1)에 응축수가 생성되면, 관로 내부의 온도가 변하기 때문에, 스팀 트랩 밸브(61)는 관로 내부의 온도 변화에 따라 자동적으로 개폐되어 응축수를 콘덴서로 배출시킴으로써 응축수가 터빈 내부로 유입되는 것을 방지한다. 상기 차단밸브(62,63)는 상기 스팀 트랩 밸브(61)의 고장을 수리하거나 점검을 할 때, 양측 차단밸브(62,63)를 모두 잠궈 스팀 트랩 밸브(61)를 격리시키도록 되어 있다. 상기 바이패스 회로(L4)는 이와 같이 차단밸브(62,63)가 잠궈지는 경우 응축수를 콘덴서측으로 바이패스시키게 된다. 위와 같이, 종래의 봉입용 증기 추기 라인(30,L1)에는 생성되는 응축수를 배출시키기 위해 스팀 트랩 밸브 군(61,62,63,64)을 설치하게 되는데, 만일 스팀 트랩 밸브(61)의 고장 사실이 인지되지 못하면 응축수의 배출이 이루어지지 않게 되고, 배출되지 못한 응축수가 스팀 터빈으로 유입될 가능성이 있으며, 응축수가 스팀 터빈으로 유입되면 터빈 블레이드(Turbine blade)에 치명적인 손상을 주게 된다. 또한, 다수의 밸브(61,62,63,64)들을 설치하여야 함에 따라 구조가 복잡해지고 설치 및 유지보수 비용이 많이 들어간다.
본 고안은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 본 고안의 목적은 봉입용 증기 추기 배관 라인 상에 응축수가 생성되는 현상을 방지하고, 생성된 응축수도 즉시 배출되도록 하며, 간단한 구성으로 설치 및 유지보수 비용을 절감할 수 있는 증기터빈의 봉입 증기 공급용 추기 라인의 증기 배출 배관 구조에 관한 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 고안에서는, 보일러로부터 별도의 추기라인을 형성하여 보일러로부터 추기된 봉입용 증기를 증기 터빈의 실링부로 공급하는 증기터빈의 봉입 증기 공급용 추기 라인에 있어서, 보일러와 증기 터빈 실링부를 연결하여 보일러로부터 공급되는 봉입용 증기를 증기 터빈의 실링부로 공급하는 제1라인(L1)과; 상기 제1라인(L1)의 일측으로부터 분기되어서 콘덴서로 연결되는 제2라인(L2)과; 상기 제2라인(L2)로부터 분기되어 콘덴서에 연결되는 제3라인(L3)을 포함하고, 상기 제3라인(L3)의 중간에는 감압 오리피스 밸브(70)가 설치되어, 상기 감압 오리피스 밸브(70)를 통해 상기 제1,2라인(L1,L2)으로부터 상기 콘덴서로 증기 및 응축수가 상시 흐르도록 되는 것을 특징으로 하는 증기터빈의 봉입 증기 공급용 추기 라인 구조가 제공된다. 이하, 첨부도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 첨부도면 도 4에는 본 고안에 의한 증기터빈의 터빈측 봉입 증기 공급용 추기 라인을 보여주는 계통도가 도시되어 있다. 종래에 있어서와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조부호를 부여하여 설명한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 고안은, 보일러로부터 별도의 추기라인을 형성하여 보일러로부터 추기된 봉입용 증기를 증기 터빈의 실링부로 공급하는 증기터빈의 봉입 증기 공급용 추기 라인이, 제1라인(L1), 제2라인(L2), 제3라인(L3)을 포함한다. 상기 제1라인(L1)은, 보일러와 증기 터빈 실링부를 연결하여 보일러로부터 공급되는 봉입용 증기를 증기 터빈의 실링부로 공급하는 관로이다. 이러한 제1라인(L1)에는 앞서 설명한 바와 같이, 압력강하용 콘트롤밸브(40)가 설치되어 있다. 상기 제2라인(L2)은, 상기 제1라인(L1)의 일측으로부터 분기되어서 그 말단이 콘덴서 펌프로 연결된다. 상기 제2라인(L2)에는 압력 응동 밸브(60)가 설치되어 있고, 이 압력 응동 밸브(60)를 통하여 제1라인(L1)내의 증기가 콘덴서로 배출되도록 되어 있다. 상기 제3라인(L3)은 상기 제2라인(L2)로부터 분기되어 콘덴서에 연결되는 관로이다. 상기 제3라인(L3)의 중간에는 감압 오리피스 밸브(70)가 설치된다. 상기 감압 오리피스 밸브(70)는 제1,2라인(L1,L2)으로부터 상기 콘덴서로 최소한의 증기가 흐르도록 하는 역할을 한다. 따라서, 상기 제1,2라인(L1,L2)내에 증기가 정체되는 현상을 없애, 증기의 정체에 따른 응축수의 생성을 방지하며, 만일 응축수가 생성되더라도 상기 감압 오리피스 밸브(70)를 통해 즉시 콘덴서로 배출되게 된다. 상기와 같이 이루어진 본 고안은, 배열회수보일러(10)측의 추기라인(30)으로부터 콘트롤밸브(40)를 통과하여 공급된 봉입용 증기는 상기 제1라인(L1)을 통하여 증기 터빈의 실링부로 공급되어 증기터빈 구동 전에 증기터빈을 예열시키는 작용을 한다. 이후, 증기 터빈이 구동한 후에 만일 외부의 공기가 터빈 내부로 유입되어 터빈측으로부터 누출되는 증기와 함께 상기 제1라인으로 역류되거나, 봉입용 증기가 과도하게 공급되는 등의 원인에 의해 상기 제1라인(L1)의 압력이 설정압력보다 높아지면 압력 응동 밸브(60)를 통해 빠져나가 콘덴서 펌프에 의해 콘덴서로 보내져서 응축수로 상변화 된 다음 외부로 배출되게 된다. 특히, 본 고안에서는 상기 제3라인(L3)에 감압 오리피스 밸브(70, Plug Resistant Orifice)를 구비하는 구조를 가진다. 상기 감압 오리피스 밸브(70)는 일반적인 감압 오리피스와 같이, 그의 전단 즉, 상기 제1,2라인(L1,L2)측에는 압력이 높고 후단 즉, 상기 콘덴서 측에는 압력이 낮다. 이에 따라, 상기 감압 오리피스 밸브(70)를 통과하는 증기는 감압 오리피스 밸브(70)에 설정된 값만큼 감압된 후 상기 콘덴서로 보내진다. 따라서, 상기 감압 오리피스 밸브(70)를 통하여 증기의 흐름이 항상 유지되기 때문에 상기 제1,2라인(L1,L2)내에 증기가 정체되는 현상이 없어지고, 그에 의해 상기 제1,2라인(L1,L2)내에 응축수의 생성을 방지된다. 설사, 상기 제1,2 라인(L1,L2)내에 응축수가 생성되더라도 이 응축수는 상기 감압 오리피스 밸브(70)를 통해 즉시 콘덴서로 배출되게 된다. 한편, 상기한 감압 오리피스 밸브(70)는 그 고유의 특성상 고장이 생기지 아니하므로 유지 보수 비용이 들지 않고, 특히 고장 사실을 인지하지 못하여 응축수가 스팀 터빈으로 유입될 가능성이 거의 없다. 또한, 종래에는 상기 제3라인(L3)에 증기의 정체에 따른 응축수가 생성되고, 또한 응축수의 생성을 예정하여 생성된 응축수를 자동적으로 배출시키기 위해 스팀 트랩 밸브(61)와 차단밸브(62,63), 바이패스 회로(L4) 및 바이패스 밸브(64)를 구성하여야 하는 복잡함이 있었다. 그러나, 본 고안에서는 상기한 스팀 트랩 밸브 군(61,62,63,64)이 배제되고 감압 오리피스 밸브(70) 하나만이 설치되는 간단한 구조를 가지므로, 설치비용이나 유지보수 비용을 현저히 줄어들게 된다. 이상에서는 첨부 도면에 도시된 본 고안의 구체적인 실시예가 상세하게 설명되었으나, 이는 본 고안의 양호한 실시예에 대한 하나의 예시에 불과한 것이며, 본 고안의 보호범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 이상과 같은 본 고안의 실시예는 본 고안의 기술적 사상 내에서 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 및 균등한 다른 실시가 가능한 것이며, 이러한 변형 및 균등한 다른 실시예는 본 고안의 첨부된 실용신안등록청구범위에 속함은 당연한 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 증기터빈의 봉입 증기 공급용 추기 라인 구조에 의하면, 증기가 관로내에 체류하지 아니하고 항상 유동하게 되므로 봉입용 증기 추기 배관 라인 상에 응축수가 생성되는 현상이 방지되고, 설사 응축수가 생성되더라도 즉시 배출되게 된다. 또한, 간단한 구성으로 설치 및 유지보수 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 일반적인 복화력발전소의 계통도이다. 도 2는 일반적인 증기터빈의 보일러측 봉입 증기 공급 시스템을 보여주는 계통도이다. 도 3은 일반적인 증기터빈의 터빈측 봉입 증기 공급용 추기 라인을 보여주는 계통도이다. 도 4는 본 고안에 의한 증기터빈의 터빈측 봉입 증기 공급용 추기 라인을 보여주는 계통도이다. <도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> 10 : 배열회수보일러 20 : 중압드럼 22 : 재열기 30 : 추기라인 40 : 압력강하밸브 50 : 고압드럼 52 : 과열기 60 : 압력 응동 밸브 70 : 감압 오리피스 밸브 |
