발전소용 보조 증기 발생기{AUXILIARY STEAM GENERATOR SYSTEM FOR A POWER PLANT}
물-증기-순환부를 구비한 종래의 발전소 설비는 추가의 공정, 특수한 가동 방식 또는 작동 상태를 위해 추가의 증기를 필요로 하고, 상기 증기는 경우에 따라 본래의 증기 생성 공정에 의해서는 제공될 수가 없다. 이러한 특수한 작동 상태에는 특히 비정상 작동 상태, 작동 정지 상태, 부분 부하 상태 또는 시작 및 개시 과정이 포함된다. 그래서 보조 증기는 예컨대 작동 정지 상태의 경우 공급수 탱크의 가열 유지와 압력 유지를 위해 그리고 증기 터빈의 차단 증기 공급을 위해 필요하다. 이때 본래의 증기 생성 공정에 의해 생성될 수 있는 증기는 경우에 따라 공급수 탱크의 압력 유지를 위해, 또는 발전소 설비의 다른 보조 시스템의 작동을 위해 충분할 수 없거나, 완전히 충분할 수 없다.
상기 문제에 직면하기 위해, 종래 기술에 따른 종래의 발전소 설비의 물-증기-순환부 내로 추가의 보조 증기 생성기가 통합된다. 이러한 보조 증기 생성기는 화석 연료로 가열된 보일러, 이른바 보조 증기 보일러이다. 상기 보일러는 대부분 가스나 오일로, 또는 다른 화석 연료로 작동된다. 상기 유형의 보조 증기 생성기는 발전소 설비의 설치 시에, 특히 보조 증기 생성기를 물-증기-순환부 내에 그리고 보조 증기 시스템과 연결하는 비용이 많이 들고 복잡한 연결에 의해 높은 투자를 나타낼 수 있다. 이러한 복잡한 연결로 인해 상기 발전소 설비는 큰 공간을 필요로 한다. 더욱이, 발전소는 설치 시에 추가적인 승인 비용을 필요로 한다. 보조 증기 생성기가 특히 특수 작동을 위해 제공되기 때문에, 상기 보조 증기 생성기는 발전소 설비의 정상 작동 시에 필요하지는 않지만 전기적으로 또는 증기를 통해 발전소 설비의 물-증기-순환부로부터 고온으로 유지되어야 하기 때문에, 지속적인 비용이나 효율의 손실을 야기한다. 이러한 보조 증기 생성기는 정규적이고 상당한 유지 비용을 발생시킨다.
본 발명의 과제는, 종래기술의 단점을 방지하고, 무엇보다 설치 비용을 급격히 감소시킬 수 있는 보조 증기 생성기 시스템을 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 과제는 종래기술의 단점을 방지할 수 있는 보조 증기 생성을 위한 방법을 제공하는 것이다.
보조 증기 생성기 시스템의 제공을 위한 본 발명의 과제는 장치 청구항인 제1항의 특징에 의해 해결된다. 발전소용 보조 증기 생성기 시스템이 제안되는데, 상기 시스템은 응축물 라인을 구비한 물-증기-순환부를 포함하며, 이때 응축물 라인 내로는 응축물 펌프가 연결되고, 공급수 라인 내로는 공급수 펌프가 연결된다. 또한 응축물 펌프와 공급수 펌프 사이의 라인 내로는 압력 어큐뮬레이터 용기가 연결되고, 압력 어큐뮬레이터 용기 하류에 분기 지점에서 공급수 추출 라인이 물-증기-순환부에 연결된다. 본 발명에 따라 이제 공급수 추출 라인은 압력 어큐뮬레이터 용기와 연결되고, 공급수 추출 라인 내로 상기 가열 장치가 연결된다. 압력 어큐뮬레이터 용기로서 발전소의 공급수 탱크가 제공됨으로써, 이제 상기 공급수 탱크는 물-증기-순환부를 위한 공급수 또는 응축물을 저장하고, 또한 발전소 공급을 위한 포화증기 또는 증기에 보조 증기를 공급할 수 있는 기능을 충족시킨다. 이를 위해 상기 가열 장치는, 공급수가 이러한 가열 장치에 의해 가열될 수 있도록 설계되어서, 압력 어큐뮬레이터 용기 내에서 상응하는 압력 감소 이후에 증기가 생성될 수 있다. 본 발명에 의해, 공급수 탱크나 압력 어큐뮬레이터 용기는 충분한 공정 증기가 없는 특수 작동 상태에서도, 추가의 보조 증기 생성기를 필요로 하지 않으면서도, 필요한 압력 또는 상응하는 온도로 유지될 수 있다. 이를 통해 공급수 탱크는 열적 어큐뮬레이터["루스 탱크(Ruths Tank)"]로서 이용된다. 이를 위해 상기 공급수 탱크는 증가된 요구에 상응하게 경우에 따라 추가적인 축압의 기능이 없는 것보다 더 크게 설계된다. 본 발명에 따라 보조 증기 생성은 발전소 내에서 현저히 덜 복잡하게 구현될 수 있는데, 그 이유는 추가적인 증기 어큐뮬레이터와 화석 연료로 연소되는 보조 증기 생성기가 생략될 수 있기 때문이다. 이를 통해 한편으로는 보조 시스템을 위해 더 작은 공간이 요구되는 장점이 있다. 다른 한편으로는 본 발명에 의해 에너지 소비도 감소된다. 종래의 보조 보일러는 전기에 의해 또는 증기에 의해 고온으로 유지되어야 하고 높은 정지 손실도 포함한다. 또한 공급수 용기가 이제 에너지 어큐뮬레이터로서 이용되기 때문에, 이로써 공급수 용기는 고온으로 유지된다. 그러므로 고온 유지를 위한 출력과 추가적인 시스템이 생략될 수 있다. 본 발명에 의해 복잡도가 낮아지기 때문에, 유지 비용도 감소되고 가용성이 현저히 증가된다. 압력 어큐뮬레이터 용기 내에 저장된 증기는 보조 증기 소비 장치의 공급에 바람직하게 이용될 수도 있다. 이를 위해 발전소는 추가의 보조 증기 소비 장치를 포함하고, 이때 압력 어큐뮬레이터 용기는 증기 라인을 통해 보조 증기 소비 장치와 연결된다. 이를 위해 증기 압력과 증기 온도와 같은, 압력 어큐뮬레이터 용기 내에서의 증기 파라미터는 공급될 보조 증기 소비 장치에 상응하게 설정된다. 이러한 설정은 가열, 응축물 보충 또는 공급수 펌프, 및/또는 스로틀 밸브에 의해 이루어진다. 보조 증기 생성기 시스템의 바람직한 추가 개선예의 경우, 가열 장치와 압력 어큐뮬레이터 용기 사이의 공급수 추출 라인 내로 압력 유지 밸브가 연결되고, 상기 밸브를 통해 압력은, 작동 압력이 각각의 작동 온도에서 매체의 증기 압력까지 충분히 큰 간격을 가질 정도로 증가된다. 보조 증기 생성기 시스템의 바람직한 일 구현예에서, 공급수 추출 라인은 물-증기-순환부의 응축물 라인에 연결되고, 공급수 추출 라인 내로는 가열 장치 상류에 순환 펌프가 연결된다. 순환 펌프에 의해 증기 파라미터는 유동률과 가열에 의해 간접적으로 그리고 감압 밸브 조정에 상응하게 설정될 수 있다. 발전소의 설계에 따라, 공급수 추출 라인은 공급 펌프의 배출 분기 지점에 또는 공급수 펌프의 하류에 연결될 경우에 바람직할 수 있다. 이를 위해 특수하게 구성된 공급수 펌프가 요구된다. 보조 증기 생성기 시스템의 특히 바람직한 일 실시예에서, 가열 장치는 전기 가열 장치이다. 본 발명에 의해 특히 발전소의 설비 비용이 감소할 수 있는데, 그 이유는 보조 증기 생성기를 위해 전기에 의해 가열된 가열 장치를 이용함으로써 여타의 복잡한 고비용의 보조 증기 생성기가 생략될 수 있기 때문이다. 본 발명이 태양열 발전소에서 이용되면, 전기 가열 장치의 이용에 의해 완전한 "재생 에너지 생성"이 구현될 수 있다. 전기에 의해 가열된 가열 장치가 이미션 없이 작동하기 때문에, 태양열 발전소 설비를 위한 승인 비용은 더 적게 예상될 수 있다. 화석 연료로 연소되는 보조 증기 생성을 생략함으로써 연료의 분배와 저장을 위한 연료 시스템이 불필요하다. 바람직하게 보조 증기 생성기 시스템은 가스 및 증기 터빈 발전소 내에서 이용된다. 그러나 화석 연료로 연소되는 다른 증기 발전소 설비 내에도 보조 증기 생성기 시스템의 장점이 이용될 수 있다. 특히 바람직하게, 보조 증기 생성기 시스템은 태양열로 가열된 증기 생성을 구비한 CSP(집중 태양열 발전: Concentrating Solar Power) 증기 발전소에도 이용된다. 보조 증기 생성을 위한 방법에 관한 본 발명의 과제는 방법 청구항 제9항의 특징에 의해 해결된다. 이때 발전소 공정에서 보조 증기 생성을 위한 방법은 물-증기-순환부 내로 연결되는 어큐뮬레이터를 제공하고, 상기 어큐뮬레이터 내로 물-증기-순환부로부터 응축물이 이송된다. 상기 응축물은 어큐뮬레이터 내에 저장되고, 혼합되며, 가스제거되고 나서, 공급수로서 어큐뮬레이터로부터 배출되고, 상기 배출된 공급수의 부분 흐름이 추출된다. 본 발명에 따라 이제 가열 공정 내 부분 흐름이 가열되고 다시 어큐뮬레이터 내로 재순환된다. 어큐뮬레이터는 공급수용 저장 탱크에 상응하고, 상기 저장 탱크 내에는 물-증기-순환부를 위한 유체의 체적이 중간 저장될 수 있다. 이를 통해 저장 탱크는 공급수용 버퍼(Buffer)로서도 이용된다. 부분 흐름은 끊는점을 넘어 또는 끓는점 아래에서 충분한 간격으로 가열된다. 상기 가열된 부분 흐름이 어큐뮬레이터 내로 재순환됨으로써 어큐뮬레이터 내에서 압력이 증가된다. 이를 통해 어큐뮬레이터는 공정 증기를 위한 압력 어큐뮬레이터로서 추가로 이용될 수 있다. 그러므로 공정 증기를 위한 추가의 압력 어큐뮬레이터와 여타의 복잡한 고비용의 보조 증기 생성기가 생략될 수 있기 때문에, 본 발명에 따른 방법에 의해 특히 발전소 공정의 설치 비용이 감소될 수 있다. 또한 본 발명에 따른 방법에 의해 보조 증기 생성 공정이 훨씬 덜 복잡하게 구현될 수 있다. 이를 위해 바람직한 구현예에서, 증기는 어큐뮬레이터로부터 추출되고 발전소 공정의 보조 증기 공정에 공급된다. 이때 상기 증기는 상이한 방법에 의해 생성될 수 있다. 바람직한 실시예에서 가열 공정에서의 공급수의 부분 흐름은 우선 거의 공급수의 끓는점 바로 아래까지 가열되고, 어큐뮬레이터 내에서 공급수의 팽창 하에 이송되고 증발된다. 이때 공급수가 가열되는 온도의 끊는점 온도까지의 간격이 충분히 커서, 어큐뮬레이터 내로 도입되기 전에는 더 증발되지 않는다. 이때, 가열된 공급수는 펌프 공정에 의해 어큐뮬레이터 내로 이송되는 것이 바람직하다. 이때 상기 펌프 공정은 특히 순환 펌프 및 경우에 따라 밸브로 구성된다. 대안의 일 실시예에서, 가열 공정에서 공급수의 부분 흐름은 공급수의 끓는점을 넘어 또는 끓는점까지 가열되고, 이때 증기가 압력의 형성 하에 형성되고 어큐뮬레이터 내에서의 증기는 증기와 공급수 사이의 밀도차를 이용하여 이송된다. 이에, 추가적인 펌프가 생략될 수 있다. 공급수의 부분 흐름이 가열 장치 내에서 전기에 의해 가열되는 경우에 특히 바람직하다. 이를 통해 이미션 없는 증기 생성이 구현될 수 있다. 발전소가 비정상 작동 상태에, 정지 시에, 부분 부하 작동 시에, 또는 시작/개시 시에 존재하면, 발전소 공정에 보조 증기를 충분히 공급하기 위해 보조 증기 생성을 위한 방법이 바람직하게 작동된다. 이때, 발전소 공정은 바람직하게 물-증기-순환부를 갖는 가스 및 증기 터빈 공정을 포함하고, 이때 보조 증기 생성을 위한 상기 방법은 가스 및 증기 터빈 공정의 물-증기-순환부 내로 통합된다. 대안으로 발전소 공정은 태양열로 가열된 증기 생성 공정을 갖는 CSP 증기 발전소 공정이고, 이때 보조 증기 생성을 위한 방법은 CSP 증기 발전소 공정의 물-증기-순환부 내로 통합된다. 본 발명의 실시예는 하기에서 예시에 의해 더 상세히 설명된다.
도 1은 발전소용 보조 증기 생성기 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 발전소 공정을 위한 보조 증기 생성 방법을 도시한 도면이다.
도 1에는 화석 연료로 연소되는 발전소 또는 태양열 발전소 내로 통합될 수 있는 보조 증기 생성기 시스템(1)이 도시된다. 상기 발전소는 물-증기-순환부(2)를 포함하고, 여기서는 상기 순환부 중에서 응축물 라인(3)의 섹션만이 도시된다. 응축물 라인(3) 내로는 사실상 응축물 펌프(4)와 압력 어큐뮬레이터 용기(6)가 연결되고, 공급수 라인(16) 내로는 공급수 펌프(5)가 연결된다. 응축물 펌프(4)에 의해 응축물은 압력 어큐뮬레이터 용기(6) 내로 이송된다. 응축물이 공급수 펌프(5)에 의해 공급수 라인(16)을 통해 물-증기-순환부(2) 내로 다시 펌핑되기 전에, 상기 응축물은 압력 어큐뮬레이터 용기 내에서 가스 제거되고, 혼합되며, 저장된다. 본 발명에 따라 이제, 분기 지점(7)에서 압력 어큐뮬레이터 용기(6)와 공급수 펌프(5) 사이의 공급수 라인(16)에 연결된 공급수 추출 라인(8)이 제공된다. 여기서는 도시되지 않은 대안의 일 실시예에서 공급수 추출 라인(8)은 직접 공급수 펌프(5)에 또는 공급수 펌프(5) 하류에 연결된다. 공급수 추출 라인(8)은 공급수 라인(16)을 압력 어큐뮬레이터 용기(6)와 연결한다. 공급수 추출 라인(8) 내로는 사실상 순환 펌프(13)와 가열 장치(9)가 연결된다. 가열 장치(9)에 의해 추출된 공급수의 부분 흐름은 가열될 수 있다. 또한 공급수 추출 라인(8) 내로는 상기 부분 흐름을 제어하기 위한 밸브가 연결된다. 가열 장치(9)와 압력 어큐뮬레이터 용기(6) 사이에는 압력 밸브(12)가 연결되고, 상기 압력 밸브에 의해 압력은 압력 어큐뮬레이터 용기 내에서 설정 가능하도록 유지된다. 별도의 순환 펌프(13)에 의해 압력 어큐뮬레이터 용기(6)로부터 다량의 공급수가 추출되고, 압력이 가해지며, 전기 가열 장치(9) 내에서 끓는점 온도에 대해 충분한 간격까지 가열되고, 최종적으로 압력 밸브(12) 또는 제어 전기자를 통해 압력 어큐뮬레이터 용기 내로 팽창된다. 가열되고 더 높은 압력 하에 존재하는 공급수가 압력 어큐뮬레이터 용기(6)의 압력으로 팽창됨으로써 부분 증발이 이루어진다. 순환 펌프(13) 하류에는 재순환 라인(14)이 공급수 추출 라인(8)에 연결된다. 이로써 순환 펌프(13)와 재순환 라인(14)의 최소량 라인에 의해 순환부가 제공되고, 상기 순환부에 의해 공급수의 순환이 이루어질 수 있다. 증기를 배출하기 위해 증기 라인(11)이 압력 어큐뮬레이터 용기(6)에 연결된다. 증기 라인(11)은 압력 어큐뮬레이터 용기(6)를 보조 증기 소비 장치(10)와 연결한다. 증기의 제어 또는 스로틀을 위해 모터에 의해 또는 공압식으로 작동되는 제어 밸브가 증기 라인(11) 내로 연결된다. 이로써 보조 증기 소비 장치들은 압력 어큐뮬레이터 용기(6)로부터만 필요한 보조 증기를 얻는다. 또한 물-증기-순환부(2)의 응축물 라인(3)의 섹션은, 응축물 펌프(4)와 압력 어큐뮬레이터 용기(6) 사이의 응축물 라인(3)의 섹션을, 압력 어큐뮬레이터 용기(6)와 순환 펌프(13) 사이의 공급수 추출 라인(8)의 섹션과 연결하는 보상 라인(15)을 포함한다. 상기 보상 라인 내로는 모터에 의해 또는 공압식으로 작동되는 제어 밸브가 연결될 수 있다. 도 2에는, 화석 연료로 연소되는 발전소 공정 또는 태양열 발전소 공정 내에 통합될 수 있는 보조 증기 생성 방법이 도시된다. 여기서는 발전소 공정 중에 응축 이후에 생기는 응축물(23)의 형태로 공급수(24)용 물-증기-순환부(2)의 섹션이 도시된다. 상기 방법은 사실상 어큐뮬레이터(22)와 가열 공정(26)을 포함한다. 어큐뮬레이터(22)에는 우선 응축물(23)이 물-증기-순환부(2)로부터 공급된다. 어큐뮬레이터(22) 내에는 응축물(23) 또는 공급수(24)가 저장되고, 혼합되며, 가스 제거된다. 그리고 나서 상기 응축물 또는 공급수는 다시 배출되고, 증발을 위해 물-증기-순환부(2) 내로 안내된다. 상기 배출된 공급수(24)로부터 이제 부분 흐름(25)이 추출되고, 가열 공정(26)에 공급된다. 상기 가열 공정에서 공급수(24)가 가열되고, 다시 어큐뮬레이터(22) 내로 재안내된다. 부분 흐름(25)을 다시 어큐뮬레이터(22) 내로 이송하기 위해 펌프 공정(29)이 제공된다. 가열 공정(26)에서 공급수(24)의 가열을 통해 어큐뮬레이터(22) 내에 증기(27)가 생성되고, 상기 증기는 이제 어큐뮬레이터(22)로부터 보조 증기 공정으로 공급될 수 있다. 어큐뮬레이터(22)로부터 증기(27)가 제공됨으로써, 화석 연료로 연소되는 추가적인 보조 증기 생성기는 생략될 수 있다. |
