화력 발전 플랜트 및 화력 발전 플랜트의 운전 방법{FOSSIL-FUEL POWER PLANT AND FOSSIL-FUEL POWER PLANT OPERATION METHOD}

본 발명은 화력 발전 플랜트 및 화력 발전 플랜트의 운전 방법에 관한 것이다.

본원은 2013년 5월 23일에 일본에 출원된 특허출원 2013-109118호에 기초하여 우선권을 주장하고 그 내용을 여기에 원용한다.

도 3은 비특허문헌 1에 기재되어 있는 일반적인 화력 발전 플랜트의 구성의 일 예를 도시한 계통도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 일반적인 화력 발전 플랜트는 보일러(2), 증기 계통(3), 복수 계통(復水系統)(44) 및 급수 계통(4)을 구비하여 개략 구성되어 있다. 보일러(2)는 석탄이나 석유 등의 연료를 연소하고 연소 가스 및 연소 열을 발생시키고 이 연소 열에 의해 급수를 가열하여 증기를 생성한다. 증기 계통(3)은 복수의 증기 터빈(5)과 복수기(復水器)(6)를 구비하고 있다. 각 증기 터빈(5)은 보일러(2)가 생성하는 증기에 의해 구동된다. 증기 터빈(5)으로부터 배출되는 증기는 복수기(6)에 들어가 복수(復水)가 된다. 복수기(6)의 복수는 복수 계통(44) 및 급수 계통(4)을 통해 보일러(2)에 되돌아온다. 이 복수 계통(44)은 복수를 공급하기 위한 복수 펌프(7), 복수의 열교환기로 구성되는 저압 급수 가열기(8) 및 탈기기(9)를 구비하고 있다. 급수 계통(4)은 보일러 급수 펌프(45) 및 복수의 열교환기로 구성되는 고압 급수 가열기(10)를 구비하고 있다.

또, 도 4는 도 3 내에 도시한 영역(P)의 확대도이며, 일반적인 화력 발전 플랜트의 일 예로서 종래의 석탄 화력 발전 플랜트의 보일러 주변의 구성의 확대도를 도시하고 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 종래의 석탄 화력 발전 플랜트(101)는 보일러(102), 증기 계통(103), 급수 계통(104), 배기 가스 계통(111), 일차 공기 계통(112) 및 이차 공기 계통(113)을 구비하고 있다.

배기 가스 계통(111)은 촉매식의 탈초(硝) 장치(114), 재생식의 공기 예열기(115), 집진 장치(116), 유인 통풍기(117), 탈황 장치(118) 및 굴뚝(119)을 구비하고 있다. 이 배기 가스 계통(11)은 보일러(102)로부터 배출되는 연소 가스를 배기 가스로서 굴뚝(119)까지 인도할 연도(煙道)이다. 보일러(102)로부터 배출된 배기 가스는 탈초 장치(114)를 통과한 후, 재생식의 공기 예열기(115)로 보내진다. 이 공기 예열기(115)에 보내진 배기 가스는 일차 공기 계통(112)의 미분탄 이송용 공기(이하 '일차 공기'라고 함) 및 이차 공기 계통(113)의 연소용 공기(이하 '이차 공기'라고 함)와 열교환된 후, 집진기(116), 유인 통풍기(117) 및 탈황 장치(118)를 통과하여 굴뚝(119)으로부터 대기로 배출된다.

일차 공기 계통(112)은 일차 통풍기(120), 열공기 댐퍼(121), 공기 예열기 (115)를 바이패스하는 바이패스 경로(122), 이 바이패스 경로(122)에 설치된 냉공기 댐퍼(123) 및 미분탄기(124)를 구비하고 있다. 일차 공기는 열공기 댐퍼(121) 및 냉공기 댐퍼(123)의 개도(開度)를 각각 조정함으로써 공기 예열기(115)에서 보일러(102)의 배기 가스와의 열교환에 의해서 가열된 열공기와 공기 예열기(115)를 바이패스하는 바이패스 경로(122)로부터의 냉공기가 혼합된다. 이로써 일차 공기는 미분탄 수송에 필요한 공기량과 미분탄기(124)의 입구에서 소요의 온도로 조정된 후, 미분탄기(124)에 도입된다. 미분탄기(124)에 도입된 일차 공기는 그 보유 열에 의해 미분탄 내의 수분을 증발시키고 건조한 미분탄을 보일러(102)에 설치된 미분탄 버너까지 반송하고 연소시킨다. 그림 내에는 기재하고 있지 않지만, 연료인 석탄은 미분탄기(124)에 공급되는 소정의 입도(粒度)로 미분쇄된다.

이차 공기 계통(113)은 이차 통풍기(125)를 구비한다. 이차 공기는 공기 예열기(115)에 도입되고 보일러(102)의 배기 가스와의 열교환에 의해서 가열된 후, 미분탄 버너 연소용 공기 및 이단 연소용 공기로서 보일러(102)에 도입된다.

급수 계통(104)은 탈기기(109), 보일러 급수 펌프(145), 고압 급수 가열기(110) 및 절탄기(136)를 구비한다. 중압 증기 터빈(105I)과 탈기기(109) 및 고압 급수 가열기(110) 사이에는 중압 증기 터빈(105I)의 추기 증기가 흐르는 추기 계통(129, 130)이 설치되어 있다. 또, 고압 증기 터빈(105H)과 고압 급수 가열기(110) 사이에는 고압 증기 터빈(105H)의 추기 증기가 흐르는 추기 계통(131, 132)이 설치되어 있다. 또한, 배수 배관(133 ~ 135)은 고압 급수 가열기로부터의 배수가 흐르는 배관이다.

고압 급수 가열기(110)는 복수의 열교환기로 구성되어 있다. 여기에서는 편의상 탈기기(109) 측에 위치한 열교환기부터 차례로 고압 제1 급수 가열기(126), 고압 제2 급수 가열기(127), 고압 제3 급수 가열기(128)라고 부른다. 고압 급수 가열기(110)에서 가열된 급수는 보일러(102) 내의 절탄기(136)로 보내진다.

고압 급수 가열기(110)의 각 열교환기는 중압 증기 터빈(105I) 및 고압 증기 터빈(105H)에서 추기된 증기에 의해 급수를 가열한다. 추기 계통(130)은 고압 제1 급수 가열기(126)로 추기 증기를 보내고, 추기 계통(131)은 고압 제2 급수 가열기(127)로 추기 증기로 보내며, 추기 계통(132)는 고압 제3 급수 가열기(128)로 추기 증기를 보낸다. 고압 제2 및 고압 제3 급수 가열기(127, 128)로 보내진 추기 증기는 급수와 열교환을 한 뒤 배수가 된다. 이 배수는 배수 배관(135, 134)을 통해서 고압 제1 급수 가열기(126)로 보내진다. 고압 제1 급수 가열기(126)에서는 고압 제2 급수 가열기(127)의 배수 및 추기 계통(130)에서 추기된 추기 증기를 사용하여 급수를 가열한다. 그리고 고압 제1 급수 가열기(126)에서 배출된 배수는 배수 배관(133)을 통해서 탈기기(109)로 보내진다.

증기 계통(103)은 증발기(137), 과열기(138), 고압 증기 터빈(105H), 재열기(139) 및 중압 증기 터빈(105I)을 구비하고 있다. 급수 계통(104)에서 보일러(102) 내의 절탄기(136)에 도입된 급수는 증발기(137) 및 과열기(138)를 통과하여 과열 증기로 되어 고압 증기 터빈(105H)에 도입된다. 고압 증기 터빈(105H)의 배기는 다시 보일러(102)에 도입되고 재열기(139)로 재차 가열된 뒤 중압 증기 터빈(105I)에 도입된다.

그런데 종래부터 재생 재열 사이클을 가진 화력 발전 플랜트 고효율화가 추진되고 있다(특허 문헌 1을 참조). 화력 발전 플랜트의 증기 조건의 고온 및 고압화는 그 효율 향상에 기여하는 매우 중요하고 기본적인 요인이다. 일반적으로 발전 효율을 올리기 위해서는 증기 터빈 입구의 증기 온도를 올리는 것이 효과적인 수단이다. 현재에 있어서, 발전용 화력 설비의 재료로서 규격화된 재료로 증기 조건의 고온화는 630 전후가 한계로 여겨지고 있다. 그 이상의 증기 온도에 대해서는 철-니켈(Fe-Ni)기 합금 강과 니켈(Ni)기 합금 강철 등의 적용이 필요하다.

그러나 이들 재료의 적용에 있어서는 생산성과 재료 특성 등에 많은 과제가 있어 현 시점에서는 차세대 고온 재료로서 개발 도상의 단계에 있다. 또, 이들 재료는 현재의 규격화된 재료에 비해 고가여서 실제 플랜트 건설에서는 경제성도 과제가 된다. 이 때문에, 이들의 고온 재료에 의존하지 않는 화력 발전 플랜트 고효율화가 요망되고 있었다.

또, 도 4에 도시한 바와 같이, 선택 접촉 환원 방식의 탈초 장치를 이용하는 경우에는 탈초 장치(114)의 입구(114a)의 배기 가스 온도가 낮으면 산성 유안(硫安)이 석출하고 탈초 촉매의 성능이 떨어진다는 문제가 있다. 이를 방지하기 위해서, 탈초 장치(114)의 입구(114a)의 배기 가스 온도는 산성 유안이 석출하지 않는 높은 온도에서 운용할 필요가 있었다. 즉, 보일러 배기 가스 온도를 저감하기 위해서 절탄기(136)의 전열 면적을 증가시키고 급수를 가열하는 것은 탈초 장치(114)의 입구 가스 온도 저하에 따른 탈초 성능의 조기 저하를 불러 일으키기 때문에 절탄기(136)에 의한 배기 가스 온도의 회수가 충분히 이뤄지지 못한다는 과제가 있었다.

또한, 탈초 장치(114)를 통과한 후의 배기 가스는 재생식의 공기 예열기(115)에서 일차 공기 및 이차 공기와 열교환되지만 공기 예열기(115)의 온도 효율에 한계가 있기 때문에 보일러 배기 가스의 보유 열을 충분히 회수하지 못한 채 굴뚝에서 대기 중에 방출되는 것이 실정이었다.

더구나 도 4와 같이 종래의 석탄 화력 발전 플랜트(101)에서는 일차 공기가 열공기와 냉공기의 혼합 양을 조정함으로써 미분탄기(124)의 입구에서 소요의 온도로 조정됐다. 그러나 냉공기는 공기 예열기(115)에서의 배기 가스와의 열교환에 기여하지 않아 연소용 공기(일차 공기 및 이차 공기)와 보일러 배기 가스 사이의 열교환이 최대한 효율적으로 이뤄지지 않는다는 과제가 있었다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 최적의 환경 기준을 만족시키면서, 보일러의 배기 가스의 배열(排熱)을 효과적으로 이용하여 발전 효율(발전단 효율 및 송전단 효율을 포함)의 향상이 가능한 화력 발전 플랜트 및 화력 발전 플랜트의 운전 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

이러한 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 구성을 채용하였다.

본 발명의 화력 발전 플랜트의 일 양태는, 화력 발전 플랜트에 있어서,

연료가 연소한 열에 의해 급수를 승온하고 증기를 생성하는 보일러;

상기 보일러에서 배출된 상기 연료를 연소한 후의 연소 가스를 배기 가스로서 흘리는 배기 가스 계통;

상기 보일러에 물을 공급하는 급수 계통;

상기 급수 계통에 설치되며, 급수를 추기 증기에 의해 승온하는 급수 가열기;

상기 급수 계통의 상기 급수 가열기의 급수의 이차 측에 설치되며 상기 연소 가스의 여열에 의해 급수를 승온하는 주절탄기; 및

상기 배기 가스 계통의 상기 주절탄기의 배기 가스의 이차 측에 설치되며 소요의 온도 이상의 상기 배기 가스가 공급되는 촉매식의 탈초 장치를 구비하고,

상기 급수 계통의 상기 급수 가열기와 상기 주절탄기 사이에, 상기 탈초 장치의 이차 측의 배기 가스에 의해 급수를 승온하는 부절탄기가 설치되어 있다.

본 발명의 화력 발전 플랜트의 일 양태는, 상기 탈초 장치의 일차 측의 배기 가스의 온도가 산성 유안이 석출하지 않는 온도 이상이라도 좋다.

본 발명의 화력 발전 플랜트의 일 양태는, 상기 부절탄기가, 해당 부절탄기의 이차 측의 배기 가스의 온도를 조정하는 배기 가스 온도 조정 수단을 포함해도 좋다.

본 발명의 화력 발전 플랜트의 일 양태는, 상기 배기 가스 온도 조정 수단은, 상기 배기 가스 계통의 상기 부절탄기의 배기 가스의 일차 측과 이차 측에 걸쳐서 설치된 가스 덕트와, 상기 가스 덕트에 설치된 가스량 조정 댐퍼를 포함해도 좋다.

본 발명의 화력 발전 플랜트의 일 양태는, 상기 배기 가스 온도 조정 수단이, 상기 급수 계통의 상기 부절탄기의 급수의 일차 측과 이차 측에 걸쳐서 설치된 급수 배관과, 상기 급수 배관에 설치된 급수량 조정변(調整弁)을 포함해도 좋다.

본 발명의 화력 발전 플랜트의 일 양태는, 상기 보일러에 공기를 공급하는 공기 계통과, 상기 배기 가스 계통의 상기 부절탄기의 배기 가스의 이차 측에 설치되며 해당 부절탄기의 이차 측의 배기 가스에 의해 상기 공기 계통의 공기를 승온하는 공기 예열기를 구비하고, 상기 공기 예열기의 이차 측의 배기 가스의 온도가 소요의 온도 범위이라도 좋다.

본 발명의 화력 발전 플랜트의 일 양태는, 상기 공기 계통이, 일차 공기 계통과 이차 공기 계통을 포함하며 상기 일차 공기 계통에는 상기 공기 예열기의 일차 측의 공기를 승온하는 승온 수단이 설치되어 있어도 좋다.

본 발명의 화력 발전 플랜트의 일 양태는, 상기 승온 수단이, 증기에 의해 공기를 가열하는 증기식 공기 예열기이어도 좋다.

본 발명의 화력 발전 플랜트의 일 양태는, 상기 일차 공기 계통에는, 상기 공기 예열기의 이차 측에 미분탄기가 설치되어 있어도 좋다.

본 발명의 화력 발전 플랜트의 운전 방법의 일 양태는, 보일러에서 배출된 연소 가스를 배기 가스로서 흘리는 배기 가스 계통;

상기 보일러에 물을 공급하는 급수 계통;

상기 보일러에 공기를 공급하는 공기 계통;

상기 배기 가스 계통에 설치되며, 소요의 온도 이상의 상기 배기 가스가 공급되는 촉매식의 탈초 장치;

상기 탈초 장치의 일차 측에 설치되는 주절탄기;

상기 주절탄기의 급수의 일차 측에 설치되며, 상기 탈초 장치의 이차 측의 배기 가스에 의해 급수를 승온하는 부절탄기;

상기 부절탄기의 배기 가스의 이차 측에 설치되며, 해당 부절탄기의 이차 측의 배기 가스에 의해서 상기 공기 계통의 공기를 승온하는 공기 예열기를 구비하고,

상기 배기 가스 계통의 상기 공기 예열기의 이차 측의 배기 가스 온도가 소요의 온도 범위가 되도록 조정한다.

본 발명의 화력 발전 플랜트의 일 양태는, 상기 배기 가스 계통의 일부 혹은 전부의 상기 배기 가스를 상기 부절탄기를 통하지 않고 상기 공기 예열기로 보내도 좋다.

본 발명의 화력 발전 플랜트의 일 양태는, 상기 급수 계통의 일부 또는 전부의 상기 급수를 상기 부절탄기를 통하지 않고 상기 주절탄기로 보내도 좋다.

본 발명의 화력 발전 플랜트 일 양태는, 종래의 절탄기(주절탄기)에 더하여 급수 계통의 고압 급수 가열기와 주절탄기 사이에 부절탄기를 구비하고 있어 탈초 장치를 통과한 후의 배기 가스로부터 보일러 급수에 열을 회수할 수 있어 발전 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명을 적용한 제1의 실시 형태인 석탄 화력 발전 플랜트의 보일러 주변의 구성의 확대도이다.
도 2는 본 발명을 적용한 제2의 실시 형태인 석탄 화력 발전 플랜트의 보일러 주변의 구성의 확대도이다.
도 3은 일반적인 화력 발전 플랜트의 구성의 일 예를 도시한 계통도이다.
도 4는 도 3 내에 도시한 영역(P)의 확대도이며, 종래의 석탄 화력 발전 플랜트의 보일러 주변의 구성의 확대도를 도시하고 있다.

이하, 본 발명을 적용한 화력 발전 플랜트의 일 실시 형태인 석탄 화력 발전 플랜트에 대해서, 도면을 참조하여 자세히 설명한다. 또한, 이하 설명에서 사용하는 도면은, 특징을 이해하기 쉽게 하기 위해 편의상 특징이 될 부분을 확대하여 나타내고 있는 경우가 있고 각 구성 요소의 치수 비율 등이 실제와 동일한 것은 아니다. 또, 이하의 설명에서 예시되는 구성, 재료, 치수 등은 일례일 뿐 본 발명은 그것들에 반드시 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 변경하지 않는 범위에서 적절히 변경하고 실시할 수 있다.

<제1의 실시형태>

도 1은 본 발명을 적용한 화력 발전 플랜트의 제1실시 형태인 석탄 화력 발전 플랜트(이하 단순히 '플랜트'라고 함)(1)의 보일러 주변을 확대한 계통도이다. 다만, 도 1에서는, 재생 재열 사이클에 기여하는 구성 요소의 배치 상황을 명확히 하기 위해, 전기 계통의 각종 배선 등에 대해서는 기재를 생략하고 있다.

우선 본 실시 형태의 플랜트(1)의 구성에 대해서 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이 플랜트(1)은 보일러(2), 배기 가스 계통(11), 증기 계통(3), 급수 계통(4), 고압 급수 가열기(10), 주절탄기(36), 탈초 장치(14) 및 부절탄기(40)를 구비하여, 개략 구성되어 있다. 보일러(2)는 연료를 연소한 열에 의해 급수를 승온하고 증기를 생성한다. 배기 가스 계통(11)은 보일러(2)에서 배출된 연소 가스를 배기 가스로서 흘린다. 증기 계통(3)은 보일러(2)가 생성하는 증기로 고압 증기 터빈(5H), 중압 증기 터빈(5I) 및 저압 증기 터빈(도시 생략)을 구동하고, 이들 증기 터빈을 구동한 후에 복수기(도 3 내의 부호 6을 참조)로 증기를 공급한다. 급수 계통(4)은 복수기에 의해 복수(復水)된 물을 보일러(2)에 공급한다. 고압 급수 가열기(10)는 급수 계통(4)에 설치되며, 증기 터빈(5H, 5I)로부터 추기된 증기에 의해 급수를 승온한다. 주절탄기(36)는 급수 계통(4)의 고압 급수 가열기(10)의 이차 측이고 보일러(2) 내에 설치되며 해당 보일러(2) 내의 연소 가스에 의해 급수를 승온한다. 탈초 장치(14)는, 배기 가스 계통(11)의 주절탄기(36)의 배기 가스의 이차 측에 설치되며 소요의 온도 이상의 배기 가스가 공급된다. 부절탄기(40)는 급수 계통(4)의 고압 급수 가열기(10)와 주절탄기(36) 사이에 설치되며 탈초 장치(14)의 이차 측의 배기 가스에 의해 급수를 승온한다.

배기 가스 계통(11)은 도 1에 도시한 바와 같이 연도(11A)를 포함하고 있다. 배기 가스 계통(11)은 연도(11A) 내에 촉매식의 탈초 장치(14) 및 부절탄기(40)를 구비하고 있고, 연도(11A)의 출구에 재생식의 공기 예열기(15)을 구비하고 있다.

또, 연도(11A)는 부절탄기(40)의 배기 가스의 일차 측(입구 측, 상류 측)과 이차 측(출구 측, 하류 측)에 걸쳐서 설치된 가스 덕트(42)와 이 가스 덕트(42)에 설치된 가스량 조정 댐퍼(43)를 포함한다. 이 가스 덕트(42)에 의해 연도(11A) 내를 흐르는 배기 가스의 일부 혹은 전부를 부절탄기(40)에 흘리지 않고 공기 예열기(15)로 보내는[즉, 부절탄기(40)를 바이패스시키는] 것이 가능하다. 또, 가스량 조정 댐퍼(43)에 의해 가스 덕트(42) 내에 바이패스시키는 배기 가스의 유량을 제어할 수 있으며 본 실시 형태의 플랜트(1)에서는 가스 덕트(42)와 가스량 조정 댐퍼(43)가 배기 가스 온도 조정 수단을 구성한다.

또한, 배기 가스 계통(11)은 공기 예열기(15)의 이차 측(후단)에 집진 장치(16), 유인 통풍기(17), 탈황 장치(18) 및 굴뚝(19)을 구비하고 있다. 이 배기 가스 계통(11)은 보일러(2)로부터 배출된 연소 가스를 배기 가스로서 굴뚝(19)까지 인도(煙道)할 연도이다.

보일러(2)에서 배출된 배기 가스는 탈초 장치(14)를 통과한 후, 부절탄기(40)로 보내진다. 이 부절탄기(40)에 보내진 배기 가스는 급수 계통(4)의 고압 급수 가열기(10)의 이차 측의 급수와 열교환된 후, 재생식의 공기 예열기(15)로 보내진다. 이 공기 예열기(15)로 보내진 배기 가스는 일차 공기 계통(12)의 미분탄 이송용 공기(이하 '일차 공기'라고 함)및 이차 공기 계통(13)의 연소용 공기(이하 '이차 공기'라고 함)와 열교환된 후, 집진 장치(16), 탈황 장치(18)를 통과하여 굴뚝(19)으로부터 대기로 배출된다.

일차 공기 계통(12)은 일차 통풍기(20), 증기식의 공기 예열기(41) 및 미분탄기(24)를 구비하고 있다. 일차 공기는 모두 공기 예열기(15)로 보내진다. 이 공기 예열기(15)에 보내진 일차 공기는 보일러(2)의 배기 가스와의 열교환에 의해서 가열된다. 이로써 일차 공기는 미분탄기(24)의 입구에서 소요의 온도로 조정된 후, 미분탄기(24)에 도입된다.

미분탄기(24)에 도입된 일차 공기는 그 보유 열에 의해 미분탄 내의 수분을 증발시키고 건조한 미분탄을 보일러(2)에 설치된 미분탄 버너까지 반송하고 연소시킨다. 그림 내에 기재하고 있지 않지만, 연료인 석탄은 미분탄기(24)에 공급되는 소정의 입도(粒度)로 미분쇄된다. 또한, 미분탄기(24)에 보내지는 공기 예열기(15)르 통과한 후의 일차 공기의 온도가 낮은 경우는, 일차 통풍기(20)와 공기 예열기(15)의 사이의 풍도(風道)에 설치된 증기식의 공기 예열기(41)에 의해서 미리 일차 공기를 가열한다.

이차 공기 계통(13)은 이차 통풍기(25)를 구비한다. 이차 공기는 모두 공기 예열기(15)에 도입되고 보일러(2)의 배기 가스와의 열교환에 의해서 가열된 후, 미분탄 버너 연소용 공기 및 이단 연소용 공기로서 보일러(2)에 도입된다.

급수 계통(4)은 탈기기(9), 보일러 급수 펌프(45), 고압 급수 가열기(10), 부절탄기(40) 및 주절탄기(36)를 구비한다. 중압 증기 터빈(5I)과 탈기기(9) 및 고압 급수 가열기(10) 사이에는 중압 증기 터빈(5I)의 추기 증기가 흐르는 추기 계통 (29, 30)이 설치되어 있다. 또, 고압 증기 터빈(5H)과 고압 급수 가열기(10) 사이에는 고압 증기 터빈(5H)의 추기 증기가 흐르는 추기 계통(31)이 설치되어 있다. 또한, 배수 배관(33, 34)은 고압 급수 가열기(10)로부터의 배수가 흐르는 배관이다.

고압 급수 가열기(10)는 복수의 열교환기로 구성되어 있다. 여기에서는 편의상 탈기기(9) 측에 위치한 열교환기부터 차례로 고압 제1 급수 가열기(26), 고압 제2 급수 가열기(27)라고 부른다. 고압 급수 가열기(10)에서 가열된 급수는 연도(11A) 내의 부절탄기(40)로 보내진다.

고압 급수 가열기(10)의 각 열교환기는 중압 증기 터빈(5I) 및 고압 증기 터빈(5H)에서 추기된 증기에 의한 급수를 가열한다. 추기 계통(30)은 고압 제1 급수 가열기(26)로 추기 증기를 보내고, 추기 계통(31)은 고압 제2 급수 가열기(27)로 추기 증기를 보낸다. 고압 제2 급수 가열기(27)로 보내진 추기 증기는 급수와 열교환을 한 뒤 배수가 된다. 이 배수는 배수 배관(34)을 통해서 고압 제1 급수 가열기(26)로 보내진다. 고압 제1 급수 가열기(26)에서는 고압 제2 급수 가열기(27)의 배수 및 추기 계통(30)에서 추기된 추기 증기를 사용하여 급수를 가열한다. 그리고 고압 제1 급수 가열기(26)에서 배출된 배수는 배수 배관(33)을 통해서, 탈기기(9)로 보내진다.

증기 계통(3)은 증발기(37), 과열기(38), 고압 증기 터빈(5H), 재열기(39) 및 중압 증기 터빈(5I)을 구비하고 있다. 급수 계통(4)에서 보일러(2) 내의 주절탄기(36)에 도입된 급수는 증발기(37) 및 과열기(38)를 통과하고 과열 증기로 고압 증기 터빈(5H)에 도입된다. 고압 증기 터빈(5H)의 배기는 다시 보일러(2)에 도입되고 재열기(39)로 재차 가열된 뒤 중압 증기 터빈(5I)에 도입된다.

본 실시 형태의 플랜트(1)는 선택 접촉 환원 방식의 탈초 장치(14)를 이용하고 있다. 여기서 탈초 장치(14)의 입구(14a)의 배기 가스 온도가 낮으면 산성 유안(硫安)이 석출하고 탈초 촉매의 성능이 떨어진다는 문제가 있다. 이를 방지하기 위해서, 종래의 석탄 화력 발전 플랜트(101)에서는 탈초 장치(114)의 입구(114a)의 배기 가스 온도는 산성 유안이 석출하지 않는 높은 온도(일반적으로는 약 300 이상)에서 운용하고 있다. 그러므로 본 실시 형태에서도 탈초 장치(14)의 입구(14a)의 배기 가스 온도(일차 측의 배기 가스의 온도)를 종래의 석탄 화력 발전 플랜트(101)와 동등한 온도로 유지함으로써, 산성 유안이 석출하고 탈초 촉매의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

그런데 도 4와 같이 종래의 석탄 화력 발전 플랜트(101)에서는 탈초 장치(114)의 입구 가스 온도 저하에 따른 탈초 성능의 조기 저하를 억제하기 위해서 입구(114a)의 배기 가스 온도를 산성 유안이 석출하지 않는 높은 온도로 유지하면, 절탄기(136)에서 배기 가스 온도의 회수가 충분히 이뤄지지 못한다는 과제가 있었다. 또한, 탈초 장치(114)를 통과한 후의 배기 가스는 재생식의 공기 예열기(115)에서 일차 공기 및 이차 공기와 열교환되지만 공기 예열기(115)의 온도 효율에 한계가 있기 때문에 보일러 배기 가스의 보유 열을 급수에 충분히 회수하지 못한 채 굴뚝에서 배출하고 있었다. 더욱이, 공기 예열기(115)의 하류에서 열 회수할 경우, 열교환기의 전열 면적이 증가하고 장치가 대형화되어 버린다는 문제가 있었다.

이에 대해서 본 실시 형태의 플랜트(1)에 따르면 도 1 도시한 바와 같이 탈초 장치(14)의 상류(일차 측)에 설치되는 주절탄기(36)에 더하여 탈초 장치(14)와 공기 예열기(15)사이의 연도(11A)의 부절탄기(40)를 설치한 구성으로 되어 있다. 이 부절탄기(40)를 설치함으로써, 탈초 장치(14)를 통과한 후의 배기 가스로부터 보일러 급수에 열 회수할 수 있기 때문에 종래의 석탄 화력 발전 플랜트(101)과 비교하여 공기 예열기(15)의 출구(15b) 측(이차 측)의 가스 온도를 절감할 수 있다. 그래서 공기 예열기(15)의 출구(15b) 측(이차 측)의 가스 온도 저감 분의 열량을 보일러 급수에 회수함으로써, 본 실시 형태의 플랜트(1)의 발전 효율이 향상된다.

그런데 도 4에 도시한 바와 같이 종래의 석탄 화력 발전 플랜트(101)에서는 터빈 플랜트(물-증기)효율을 향상시키기 위하여, 고압 급수 가열기(110)가 3단계의 열교환기로 구성되어 있었다. 그리고, 고압 급수 가열기(110)의 최종단인 고압 제3 급수 가열기(128)에서 고압 증기 터빈(105H)의 중간단 추기에 의해, 예를 들면, 280 ~ 290 정도까지 승온된 후에 보일러(102) 내의 절탄기(136)에 급수되고 있었다.

이에 대해서 본 실시 형태의 플랜트(1)에 따르면 도 1에 도시한 바와 같이 종래의 고압 급수 가열기(110)의 최종 열교환기인 고압 제3 급수 가열기(128) 및 추기 계통(132)을 설치하지 않으며, 고압 급수 가열기(10)를 고압 제1 및 고압 제2 급수 가열기(26, 27)로 구성한다. 이로써, 고압 제2 급수 가열기(27)에서 고압 증기 터빈(5H)로부터 재열기(39)로의 증기 계통(3)으로부터의 추기에 의해서, 예를 들면, 250 정도로 가열된 급수는 부절탄기(40)로 보내진다. 이처럼 고압 급수 가열기(10)의 이차 측의 급수 온도를 종래의 석탄 화력 발전 플랜트(101)의 고압 급수 가열기(110)의 최종단의 이차 측보다도 낮은 온도로 함으로써, 배기 가스 측의 저온단 온도를 저감할 수 있는 것과 동시에, 배기 가스와 보일러 급수의 로그 평균 온도차를 크게 얻을 수 있기 때문에, 부절탄기(40)의 전열 면적을 저감할 수 있다.

또한, 고압 급수 가열기(10)의 최종단인 고압 제2 급수 가열기(27)의 출구 측(이차 측)의 급수 온도 저하에 따라 터빈 플랜트 효율은 떨어진다. 한편, 상기 급수 온도 상승에 따라 부절탄기(40)에서 배기 가스로부터의 열 회수 효율이 저하되고, 필요 전열 면적이 증대하므로 기기 치수로서 실현 곤란한 수준이 될 가능성이 있다. 예를 들어, 터빈 플랜트 효율은 급수 온도 250 정도로는 최종 급수 가열기의 출구 측(이차 측)의 급수 온도가 280 ~ 290의 경우에 비해 0.5 ~ 0.6%(상대치) 저하된다. 또, 부절탄기의 전열 면적은 급수 온도 250 정도로는 종래의 석탄 화력 발전 플랜트(101)의 주절탄기의 전열 면적에 비해 동등 이하가 된다. 그러므로 상기 급수 온도는 터빈 플랜트 효율의 저하를 최소한으로 누르고, 부절탄기(40)에서의 배기 가스로부터의 열 회수를 효과적으로 이루는 균형을 고려하여 결정할 필요가 있다.

본 실시 형태의 플랜트(1)에 따르면 도 1에 도시한 바와 같이 배기 가스 계통(11)에 공기 예열기(15)을 구비하고 있다. 공기 예열기(15)의 출구(15b) 측의 배기 가스 온도가 낮아지면, 배기 가스 성분 중의 유황분 등에 의해 공기 예열기(15)의 저온 부식이 촉진될 우려가 있다. 그래서 공기 예열기(15)의 출구(15b) 측(이차 측)의 배기 가스 온도는 소요의 온도 범위로 유지하는 것이 좋다. 공기 예열기(15)의 출구(15b) 측의 배기 가스의 온도를 소정의 온도 범위로 유지하면, 유황분 등의 배기 가스 중 성분에 의한 기기의 저온 부식의 촉진을 방지할 수 있다.

여기에서 소요의 온도 범위는 공기 예열기(15)의 저온단(배기 가스의 이차 측)의 저온 부식을 방지하는 온도를 하한으로 한다. 구체적으로는 예를 들어, 도 1내에 도시한 공기 예열기(15)가 융스트롬 형 공기 예열기인 경우, 저온단 구성 요소의 저온 부식을 방지하기 위하여, 저온단 평균 온도가 기술 문헌('화력 원자력 발전 필수(제7판)' 사단법인 화력원자력발전기술협회, p167 내에 도시한 그림을 참조)에 제시된 권장치 이상 되도록 제어한다. 또한, 저온단 평균 온도는 상기 기술 문헌 중에도 기재되어 있지만 공기 예열기의 배기 가스의 이차 측 온도와 공기의 일차 측 온도의 산술 평균이다. 또, 저온단 평균 온도의 권장치는 연료 중의 유황분에 의해 변동한다. 따라서 공기 예열기의 배기 가스의 이차 측 온도 하한은 상기 기술 문헌 내에 제시된 그림을 이용하여, 연료 중의 유황분에 대한 저온단 평균 온도 권장치와 공기 예열기의 공기의 일차 측 온도로부터 산출된다.

예를 들어, 사용하는 연료를 연료 중 유황분이 1.0%인 석탄을 가정하면 상술한 기술 문헌 중에 도시된 그림으로부터, 저온단 평균 온도 권장치는 66 이상이다. 여기서, 공기 예열기의 공기의 일차 측 온도가 40인 경우, 공기 예열기의 배기 가스의 이차 측 온도는 하기 식과 같이 92가 하한이 된다.

(배기 가스의 이차 측 온도) = 2 × (저온단 평균 온도 권장치) - (공기의 일차 측 온도)

= 2 × 66 - 40

= 92

다음으로, 상술한 본 실시 형태의 플랜트(1)에서 배기 가스 계통(11)의 공기 예열기(15)의 이차 측의 배기 가스 온도가 소요의 온도 범위가 되도록 제어하기 위한 방법을 설명한다.

본 실시 형태의 플랜트(1)에서 부분 부하 운전, 석탄 탄종의 변경, 대기 온도의 변동 등의 영향으로 인해, 공기 예열기(15)의 출구(15b) 측(이차 측)의 배기 가스 온도가 낮아지는 경우에는, 우선 부절탄기(40)를 바이패스하는 가스 덕트(42)에 배기 가스를 도입하고 일부 또는 전부의 배기 가스에 대해서 부절탄기(40)를 바이패스시킨다. 이에 따라, 부절탄기(40)의 열교환 양을 감소시킬 수 있어서, 공기 예열기(15)의 입구(15a) 및 출구(15b)의 배기 가스 온도를 상승시킬 수 있다.

다음으로, 일차 공기 계통(12)에서 공기 예열기(15)를 통과한 후 일차 공기의 온도가, 미분탄기(24)내에서 석탄을 건조시키는 온도로 부족할 경우, 일차 통풍기(20)과 공기 예열기(15) 사이의 풍도에 설치된 증기식의 공기 예열기(41)에 의해 공기 예열기(15)의 일차 측(입구 쪽)의 일차 공기를 가열하고, 공기 예열기(15)를 통과한 후의 일차 공기 온도를 상승시킨다.

또, 부분 부하 운전, 석탄 탄종의 변경, 대기 온도의 변동 등의 영향으로 공기 예열기(15)의 입구(15a)의 배기 가스 온도가 낮아져, 증기식의 공기 예열기(41)에 의해 가온을 해도 공기 예열기(15)에서의 열교환 후의 일차 공기의 온도가 소요의 온도에 도달하지 않는(가온할 수 없는) 경우에는, 전술한 부절탄기(40)를 바이패스하는 가스 덕트(42) 및 가스량 조정 댐퍼(43)를 병용한다. 이로써, 공기 예열기(15)의 입구(15a) 측의 배기 가스 온도를 상승시킬 수 있어, 일차 공기 계통(12)에서 공기 예열기(15)의 출구 측에 있어서의 일차 공기 온도를 상승시킨다.

본 실시 형태의 플랜트(1)의 운전 방법에 따르면, 배기 가스 계통(11)의 공기 예열기(15)의 이차 측의 배기 가스 온도가 소요의 온도 범위가 되도록 제어하기 때문에, 최적의 환경 기준을 충족시키면서, 보일러의 배기 가스의 배열(排熱)을 효과적으로 이용하여 효율화를 꾀할 수 있다.

이상 설명한 것처럼, 본 실시 형태의 플랜트(1)에 따르면, 탈초 장치(14)와 공기 예열기(15) 사이의 연도(11A)에 부절탄기(40)를 설치함으로써, 탈초 장치(14)의 입구(14a) 측의 배기 가스 온도를 산성 유안이 발생하지 않는 온도로 유지하고 탈초 촉매의 성능 저하를 억제하면서 탈초 장치(14)의 이차 측의 고온의 배기 가스와 보일러 급수 사이의 효율적인 열교환을 할 수 있다.

또, 본 실시 형태의 플랜트(1)에서는 종래의 석탄 화력 발전 플랜트(101)에 있어서, 고압 증기 터빈(105H)의 중간단의 추기에 의해 약 285까지 가열하는 고압 제3 급수 가열기(128)(고압 급수 가열기(110))를 설치하지 않는다. 이것에 의해, 고압 급수 가열기(10)의 최종단의 고압 제2 급수 가열기(27)의 이차 측의 급수 온도를 약 250로 낮출 수 있어, 배기 가스 측의 저온단 온도의 저감을 가능하게 하는 것과 동시에, 배기 가스와 보일러 급수의 로그 평균 온도차를 크게 얻을 수 있다. 그래서 부절탄기(40)의 전열 면적을 저감하여 주절탄기(36)와 동등한 전열 면적 레벨로 하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 실시 형태의 플랜트(1)에 따르면, 부절탄기(40)의 설치로 보일러로부터의 배기 가스 배열을 주급수 계통에 회수할 수 있어, 종래의 석탄 화력 발전 플랜트(101)와 비교하여 발전 효율을 향상할 수 있다.

다시 또, 본 실시 형태의 플랜트(1)에 따르면, 종래의 석탄 화력 발전 플랜트(101)에 있어서, 고압 증기 터빈(105H)의 중간단의 추기에 의해 약 285까지 가열하는 고압 제3 급수 가열기(128)(고압 급수 가열기(110))를 설치하지 않기 때문에, 고압 증기 터빈(5H)의 중간단 추기량 분의 주증기(主蒸) 유량을 저감할 수 있다. 따라서 주급수관 ~ 주절탄기 ~ 증발기 ~ 과열기 ~ 주증기관 ~ 고압 증기 터빈까지의 설비를 소형화할 수 있기 때문에, 건설비의 절감이 가능하다. 또, 해당 추기 계통(132) 및 고압 제3 급수 가열기(128) 분의 건설비를 삭감할 수 있다.

또 본 실시 형태의 플랜트(1)에 따르면, 종래의 석탄 화력 발전 플랜트(101)와 비교하여, 공기 예열기(15)의 출구(15b) 측(이차 측)의 가스 온도가 감소되기 때문에, 실제 가스 볼륨이 수축하고 유인 통풍기(17)의 동력의 저감 및 후류(後流) 기기의 소형화가 가능해 지고 건설비를 삭감할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 플랜트(1)에 따르면, 일차 공기 온도를 승온하고 승온 수단(증기식의 공기 예열기(41))을 포함하기 때문에, 일차 공기 전량에 대해서 공기 예열기(15)를 통과시킬 수 있어, 보일러 배기 가스로부터 연소용 공기로의 열교환을 효율적으로 할 수 있다.

< 제2의 실시 형태>

다음으로, 본 발명을 적용한 제2의 실시 형태에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에서는 제1의 실시 형태의 플랜트(1) 및 플랜트(1)의 운전 방법과는 상이한 구성으로 되어 있다. 이 때문에, 도 2를 이용하여 본 실시 형태의 화력 발전 플랜트 및 화력 발전 플랜트 운전 방법에 대해서 설명한다. 그러므로 본 실시 형태의 화력 발전 플랜트 및 화력 발전 플랜트 운전 방법에 대해서는 제1의 실시 형태와 동일한 구성 부분에 대해서는 같은 부호를 붙이는 것과 함께 설명을 생략한다.

본 실시 형태의 석탄 화력 발전 플랜트(51)는 도 2에 도시된 바와 같이 제1 실시 형태의 플랜트(1)에 있어서 배기 가스 온도 조정 수단을 구성하는 가스 덕트(42) 및 가스량 조정 댐퍼(43)(도 1을 참조)를 바꾸어, 급수 배관(52)과 급수량 조정변(53)을 배기 가스 온도 조정 수단으로서 가세시킨 구성으로 되어 있다.

구체적으로는 도 2에 도시된 바와 같이, 급수 계통(4)은 부절탄기(40)의 일차 측(입구 쪽, 상류 쪽)과 이차 측(출구 측, 하류 측)에 걸쳐서 설치된 급수 배관(52)과 이 급수 배관(52)에 설치된 급수량 조정변(53)을 포함한다. 이 급수 배관(52)에 의해 급수 계통(4)을 흐르는 급수의 일부 혹은 전부를 부절탄기(40)에 흘리지 않고 주절탄기(36)로 보내는(즉 바이패스시키는) 것이 가능하다. 또, 급수량 조정변(53)에 의해 급수 배관(52)내에 바이패스시키는 급수의 유량을 제어할 수 있으며 본 실시 형태의 석탄 화력 발전 플랜트(51)에서는 급수 배관(52)과 급수량 조정변(53)에 의해서 배기 가스 온도 조정 수단이 구성되어 있다.

다음에 상술한 본 실시 형태의 석탄 화력 발전 플랜트(51)에 있어서, 배기 가스 계통(11)의 공기 예열기(15)의 이차 측의 배기 가스 온도를 소요의 온도 범위가 되도록 제어하기 위한 방법을 설명한다.

본 실시 형태의 석탄 화력 발전 플랜트(51)에서 부분 부하 운전, 석탄 탄종의 변경, 대기 온도의 변동 등의 영향으로 인해, 공기 예열기(15)의 출구(15b)측(이차 측)의 배기 가스 온도가 낮아지는 경우에는, 우선 부절탄기(40)를 바이패스하는 급수 배관(52)에 급수를 도입하고, 급수량 조정변(53)에 의해서 일부 또는 전부의 급수에 대해서 부절탄기(40)를 바이패스시킨다.

이에 따라, 부절탄기(40)의 열교환 양을 감소시킬 수 있어서, 공기 예열기(15)의 입구(15a) 및 출구(15b)의 배기 가스 온도를 상승시킬 수 있다.

또, 부분 부하 운전, 석탄 탄종의 변경, 대기 온도의 변동 등의 영향으로 공기 예열기(15)의 입구(15a)의 배기 가스 온도가 낮아져, 증기식의 공기 예열기(41)의 가온을 해도 공기 예열기(15)에서의 열교환 후의 일차 공기의 온도가 소요의 온도에 도달하지 않는(가온할 수 없는) 경우에는, 전술한 부절탄기(40)를 바이패스하는 급수 배관(52) 및 급수량 조정변(53)을 병용한다. 이로써, 공기 예열기(15)의 입구(15a) 측의 배기 가스 온도를 상승시킬 수 있어, 일차 공기 계통(12)에서 공기 예열기(15)의 출구 측에 있어서의 일차 공기 온도를 상승시킨다.

이상 설명한 것처럼, 본 실시 형태의 석탄 화력 발전 플랜트(51)에 따르면, 제1 실시 형태의 플랜트(1)와 같은 효과를 얻는다.

또한, 본 발명의 기술 범위는 상기 실시의 형태에 한정될 것이 아니라 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경을 가할 수 있다. 상기의 실시 형태의 플랜트(1)에서는 도 1에 도시한 바와 같이, 고압 급수 가열기(10)의 열교환기를 2단으로 구성했지만 이에 한정되는 것은 아니다. 고압 급수 가열기(10)는 최종단의 열교환기의 이차 측의 급수의 온도가 소요의 온도가 되도록 구성하면 된다.

또, 도 3에 도시한 바와 같이, 저압 급수 가열기(8)의 열교환기의 단수 구성도 적정 선택해도 좋다.

또한, 상기 실시 형태의 설명에서 기재된 온도는 어디까지나 일례로, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 플랜트의 구성 및 운전 상황이 변동할 경우에는 적절한 최적의 온도를 선택할 수 있다.

[실시예]

이하에, 구체적인 실시예를 나타낸다.

60만 kW의 석탄 화력 발전 플랜트를 상정한 시뮬레이션을 실시하고, 송전단 효율의 향상 효과를 확인하였다.

(비교예 1)

우선 비교예로서, 도 4에 도시한 종래의 석탄 화력 발전 플랜트(101)에 대해서, 운전 조건을 나타낸다.

종래의 석탄 화력 발전 플랜트(101)에는 고압 증기 터빈(105H)에 공급되는 주증기 유량은 정격 출력 운전시에 약 1,560t/h였다.

또, 고압 증기 터빈(105H)의 중간단에 설치된 추기 계통(132)으로부터 고압 제3 급수 가열기(128)로의 추기량은 약 110t/h였다.

상기 추기에 의해 급수 계통(104)의 고압 제3 급수 가열기(128)의 출구 측(이차 측)에서의 급수 온도는 약 285였다. 고압 제3 급수 가열기(128)에 의해서 가열된 급수는 절탄기(136)에 공급됐다.

배기 가스 계통(111)의 탈초 장치(114)의 일차 측(입구(114a) 측)의 배기 가스 온도는 약 360였다.

한편, 배기 가스 계통(111)의 공기 예열기(115)의 이차 측(출구 측)의 배기 가스 온도는 약 140였다.

또, 배기 가스 계통(111)의 유인 통풍기(117)의 동력은 약 7,200kW였다.

(실시예 1)

다음으로, 본 발명의 실시예로서 도 1에 도시한 석탄 화력 발전 플랜트(1)에 대해서, 운전 조건을 나타낸다. 또한, 석탄 화력 발전 플랜트(1)는 종래의 석탄 화력 발전 플랜트(101)의 고압 제3 급수 가열기(128) 및 추기 계통(132)를 설치하지 않으며, 종래의 석탄 화력 발전 플랜트(101)의 구성에 없는 부절탄기(40)를 구비하고 있다.

본 발명의 석탄 화력 발전 플랜트(1)에는 고압 증기 터빈(5H)에 공급되는 주증기량이 정격 출력 운전시에 약 1,450t/h였다. 이는 종래의 석탄 화력 발전 플랜트(101)에서 고압 증기 터빈(105H)의 중간단에 설치된 추기 계통(132)으로부터 고압 제3 급수 가열기(128)로의 추기량인 약 110t/h의 증기량을 저감했기 때문이다.

또, 급수 계통(3)의 고압 급수 가열기(10)의 최종단인 고압 제2 급수 가열기(27)의 출구 측(이차 측)에서의 급수 온도는 약 250이며 상술한 비교예 1과 비교하면 약 35 감소했다. 고압 제2 급수 가열기(27)에 의해서 가열된 급수는 부절탄기(40)에 공급됐다.

배기 가스 계통(11)에서의 탈초 장치(14)의 일차 측(입구(14a)측)의 배기 가스 온도는 상술한 비교예 1과 마찬가지로 약 360였다.

한편, 배기 가스 계통(11)에서의 공기 예열기(15)의 이차 측(출구 측)의 배기 가스 온도는 약 110이며 상술한 비교예 1과 비교하면 약 30 감소했다.

또, 배기 가스 계통(11)의 유인 통풍기(17)의 동력은 약 6,700kW이며 상술한 비교예 1과 비교하면 약 500kW 감소했다. 이는 배기 가스 계통(11)에 흐르는 배기 가스 온도의 저하로 부피가 줄어든 것에 기인한다.

(검증 결과 1)

상기 비교예 1및 상기 실시예 1의 석탄 화력 발전 플랜트의 효율의 시뮬레이션 결과를 아래 표 1에 나타낸다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 석탄 화력 발전 플랜트(1)에서 공기 예열기(15)의 이차 측(출구 측)의 배기 가스 온도를 110로 낮추는[즉, 부절탄기(40)를 설치함으로써 배기 가스의 열을 급수 측에 회수하는] 것으로 보일러 효율이 89.0%(비교예 1)에서 90.4%(실시 사례 1)로 약 1.4% 향상하는 것이 확인되었다.

이에 대해서, 실시예 1의 석탄 화력 발전 플랜트(1)에서 고압 제3 급수 가열기(128) 및 추기 계통(132)를 설치하지 않고, 고압 급수 가열기(10)의 최종단의 열교환기로서의 고압 제2 급수 가열기(27)의 출구 측의 급수 온도를 약 250에 저하시켰기 때문에 터빈 플랜트 효율(물-증기 효율)는 49.0%(비교예 1)에서 48.7%(실시예 1)로 저하하는 것이 확인되었다.

여기서, 발전단 효율은[보일러 효율 × 터빈 플랜트 효율 × (100 - 플랜트 로스) ÷ 10000]로 산출한다. 그러므로 발전단 효율은 43.0%(비교예 1)에서 43.4%(실시예 1)로 전체 약 0.4% 향상할 수 있는 것이 확인됐다.

또, 소내율은 공기 예열기(15)의 이차 측(출구 측)의 배기 가스 온도를 110로 낮춤으로써 배출 가스의 체적이 감소하기 때문에 5.5%(비교예 1)에서 5.4%(실시예 1)로 약 0.1% 개선된 것으로 확인됐다.

이상으로부터, 송전단 효율은 40.6%(비교예 1)에서 41.1%(실시 사례 1)로, 절대값으로 약 0.5%, 상대값으로 약 1.1%나 향상하는 것이 확인되었다.

여기에서 송전단 효율은[발전단 효율 × (100 - 소내율) ÷ 100]로 산출한다.

(효과 비교 2)

상기 실시예 1의 석탄 화력 발전 플랜트(1)는 상기 비교예 1의 석탄 화력 발전 플랜트(101)와 비교하여 발전단 효율 및 송전단 효율이 향상할 뿐 아니라 플랜트 건설 시의 비용 저감 효과도 얻을 수 있다.

먼저, 상정하고 있는 60만 KW의 석탄 화력 발전 플랜트 설비의 경우, 정격 출력 운전시에 있어서 필요한 증기량을 1560t/h(비교예 1)에서 1450t/h(실시예 1)로 줄일 수 있다. 구체적으로는 비교예 1의 석탄 화력 발전 플랜트(101)에는 고압 증기 터빈(105H)으로부터 고압 제3 급수 가열기(128)로 110t/h 추기하고 있었지만, 그 분의 증기량이 저감 가능하다.

따라서, 종래의 석탄 화력 발전 플랜트(101)과 비교하여, 약 7%의 증기량이 저감되기 때문에 주급수관 ~ 부절탄기 ~ 주절탄기 ~ 증발기 ~ 과열기 ~ 주증기관 ~ 고압 증기 터빈 입구까지의 배관 재료비를 절감하는 것이 가능하게 된다.

특히, 보일러(2) 내의 과열기(38) 및 과열기(38)와 고압 증기 터빈(5H) 사이의 증기 계통(3)에는 고가의 합금강을 사용하고 있으나, 그 사용량도 저감할 수 있다. 한편, 실시예 1의 석탄 화력 발전 플랜트(1)에서는 부절탄기(40)을 추가하게 되는데, 부절탄기(40)의 전열 부분은 높은 온도에서는 없기 때문에 설치 비용의 상승분은 한정적이다. 그러므로, 본 발명에 따르면 특히 고급 재료 부분의 사용량을 저감할 수 있기 때문에, 플랜트 건설 비용을 효과적으로 절감할 수 있다.

또, 실시예 1의 석탄 화력 발전 플랜트(1)에 따르면 배기 가스 계통(11)의 공기 예열기(15)의 이차 측(출구 측)의 배기 가스 온도를 약 110로 낮추기 때문에 상술한 비교예 1과 비교하여 배기 가스의 부피가 감소한다. 이 때문에 유인 통풍기(17)의 동력 절감이 가능한 것과 동시에 배기 가스 계통(11)에 설치하는 기기의 소형화가 가능하기 때문에, 플랜트 건설 비용을 저감할 수 있다.

이상 설명했듯이 종래의 화력 발전 플랜트에서는 현재의 규격화된 재료로의 증기 조건의 향상은 한계에 가까운 상황에 있다. 증기 온도 600급의 플랜트에 대해서는 증기 온도를 10 올렸다고 해도, 발전 효율 향상치는 상대치로 0.2%정도에 그쳤지만 고온화에 따른 재료 강도의 저하를 보완하기 위해 후육화(厚肉化) 등의 대응이 필요하여, 플랜트 건설비 상승을 초래하는 것이 실정이었다.

이에 대해서, 실시예 1의 석탄 화력 발전 플랜트(1)에 따르면 탈초 장치(14)의 이차 측에 새로이 배기 가스의 열을 급수로 회수하기 위한 부열교환기(40)를 설치함으로써 증기 온도를 올리지 않고 전체의 발전 효율의 향상이 가능한 것과 함께 발전 플랜트 건설 비용을 절감할 수 있는 것으로 확인됐다.

1, 51 석탄 화력 발전 플랜트(화력 발전 플랜트, 플랜트)
2 보일러
3 증기 계통
4 급수 계통
5 증기 터빈
5H 고압 증기 터빈
5I 중압 증기 터빈
6 복수기
7 복수 펌프
8 저압 급수 가열기
9 탈기기
10 고압 급수 가열기
11 가스 계통
11A 연도
12 일차 공기 계통(공기 계통)
13 이차 공기 계통(공기 계통)
14 탈초 장치
15 공기 예열기
18 탈황 장치
24 미분탄기
26 고압 제1 급수 가열기
27 고압 제2 급수 가열기
36 주절탄기
40 부절탄기
41 증기식 공기 예열기(승온 수단)
42 가스 도관(배기 가스 온도 조정 수단)
43 가스량 조정 댐퍼(배기 가스 온도 조정 수단)
52 급수 배관(배기 가스 온도 조정 수단)
53 급수량 조정변(배기 가스 온도 조절 수단)
128 고압 제3 급수 가열기
132 추기 계통