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주엔진 폐열을 이용한 전력공급장치 및 이를 가지는 선박

阅读:1发布:2021-01-15

专利汇可以提供주엔진 폐열을 이용한 전력공급장치 및 이를 가지는 선박专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且본발명은선박용주엔진의운전중에발생하는배기가스에포함된폐열을사용하여증기를생산하고그 증기로터빈을구동하여선박에필요한전력을생산하며, 주엔진이운전되지않을경우선박에설치된보조보일러를구동하여터빈에증기를공급하고전력을생산하여보조발전기를대처할수 있는주엔진폐열을이용한전력공급장치에관한것이다. 이를위하여본 발명은주엔진에서발생되는배기가스를사용하여보일러수에열교환을시켜스팀을발생시키는배기가스절탄기(Exhaust Gas Economizer, EGE)(100)와, 상기배기가스절탄기(100)에서생성된스팀으로터빈을구동하여전력을발생시키는증기터빈발전기(200)와, 상기배기가스절탄기(100)와증기터빈발전기(200) 사이에설치되면서보일러에서생성된고압의증기를증기터빈발전기(200)에공급하기위해감압된스팀과열교환하여과열증기로만드는스팀과열기(900)와, 상기증기터빈발전기(200)와연결되면서터빈의효율을높이기위해터빈에서증기가에너지를전달하고동력을발생시킨뒤 배출되는측에진공에가까운부압을형성하는진공응축기(300)와, 상기진공응축기(300)에연결되면서스팀을생성하기위한급수를저장하는케스케이드탱크(400)와, 상기케스케이드탱크(400)에연결되면서주엔진을사용하지않을경우선박의잡용및 보조기기를구동시키기위한스팀을발생시키는보조보일러(500)를포함하게된다.,下面是주엔진 폐열을 이용한 전력공급장치 및 이를 가지는 선박专利的具体信息内容。

  • 주엔진에서 발생되는 폐열을 이용하여 전력을 공급하는 장치에 있어서,
    상기 주엔진에 연결라인으로 연결되면서 주엔진에서 발생되는 배기가스를 사용하여 보일러수에 열교환시켜 스팀을 발생시키는 배기가스절탄기;
    상기 배기가스절탄기에서 생성된 스팀으로 터빈을 구동하여 전력을 발생시키는 증기터빈발전기;
    상기 증기터빈발전기와 연결되면서 터빈의 효율을 높이기 위해 터빈에서 증기가 에너지를 전달하고 동력을 발생시킨 뒤 배출되는 측에 진공에 가까운 부압을 형성하는 진공응축기;
    상기 진공응축기에 이송라인으로 연결되면서 스팀을 생성하기 위한 급수를 저장하는 케스케이드탱크;
    상기 케스케이드탱크에 급수라인으로 연결되며 주엔진을 사용하지 않을 경우 선박의 잡용 및 보조기기를 구동시키기 위한 스팀을 발생시키는 보조보일러;
    상기 배기가스절탄기와 보조보일러에 연결되고 케스케이드탱크와 이송라인으로 연결되면서 기관실 및 보조기기에서 사용된 스팀의 응축수와 응축되지 않은 스팀을 냉각시키며 응축수를 케스케이스탱크로 이송하는 대기압응축기;
    상기 보조보일러와 증기터빈발전기 사이에 설치되면서 보조보일러에서 생성된 고압의 증기를 증기터빈발전기에 공급하기 위해 감압된 스팀과 열교환하여 과열증기를 만드는 스팀과열기를 포함하는 주엔진 폐열을 이용한 전력공급장치.
  • 제 1 항에 있어서,
    상기 스팀과열기는 보조보일러와 이송라인으로 연결되면서 이송라인에 보조보일러에서 발생되는 스팀의 온도를 조절하여 스팀과열기로 공급할 수 있도록 온도조절밸브가 설치되는 주엔진 폐열을 이용한 전력공급장치.
  • 제 1 항에 있어서,
    상기 스팀과열기와 대기압응축기 사이에는 스팀과열기에서 생성된 과열증기가 대기압응축기로 유입될 수 있도록 스팀트랩이 설치되는 주엔진 폐열을 이용한 전력공급장치.
  • 제 1 항에 있어서,
    상기 보조보일러는 고압스팀분리기와 이송라인으로 연결되면서 아송라인에 보조보일러에서 생산된 스팀이 감압되어 감압 과정을 거쳐 증기터빈발전기에 필요한 압력을 공급할 수 있도록 감압밸브가 설치되는 주엔진 폐열을 이용한 전력공급장치.
  • 제 1 항에 있어서,
    상기 주엔진에는 배기가스절탄기와 연결라인으로 연결되면서 주엔진에서 연료를 연소 후 발생하는 고온의 배기가스로 에너지의 일부를 구동하여 과급을 위해 연소공기를 압축하는 주엔진과급기가 설치되는 주엔진 폐열을 이용한 전력공급장치.
  • 제 1 항에 있어서,
    상기 배기가스절탄기는,
    고압스팀분리기와 순환라인으로 연결되면서 고압스팀분리기로부터 보일러수를 배기가스절탄기 내부로 순환시켜 열전달시킨 뒤 다시 고압스팀분리기로 회송하여 고압스팀분리기 내에서 물과 스팀을 분리하는 고압스팀생성부와,
    저압스팀분리기와 순환라인으로 연결되면서 저압스팀분리기의 보일러수를 배기가스절탄기 내부로 순환하여 열을 전달한 후 저압스팀분리기로 회송되어 물과 스팀을 분리한 후 분리된 저압스팀을 증기터빈발전기의 저압부로 보내는 저압스팀생성부와,
    상기 고압스팀분리기와 증기터빈발전기에 순환라인으로 연결되어 고압스팀분리기에서 분리된 스팀 일부가 이송되어 추가의 에너지를 가진 과열스팀으로 만든 후 증기터빈발전기의 고압부로 보내는 고압스팀과열부를 포함하는 주엔진 폐열을 이용한 전력공급장치.
  • 제 6 항에 있어서,
    상기 고압스팀분리기와 고압스팀생성부에는 고압보일러수를 순환시킬 수 있도록 고압보일러수 순환펌프가 설치되는 주엔진 폐열을 이용한 전력공급장치.
  • 제 6 항에 있어서,
    상기 저압스팀분리기와 저압스팀생성부에는 저압보일러수를 순환시킬 수 있도록 저압보일러수 순환펌프가 설치되는 주엔진 폐열을 이용한 전력공급장치.
  • 제 6 항에 있어서,
    상기 저압스팀분리기에는 진공응축기와 연결되면서 저압스팀생성부에서 저압의 스팀을 생산하여 증기터빈발전기에 공급할 때 전력생산량이 스팀소모량보다 작은 경우 잉여의 스팀을 진공응축기로 보내 응축시키고 터빈에 공급되는 스팀의 압력을 일정하게 유지할 수 있도록 저압스팀압력조절밸브가 설치되는 주엔진 폐열을 이용한 전력공급장치.
  • 제 6 항에 있어서,
    상기 고압스팀과열부에는 진공응축기와 연결되면서 고압스팀생성부에서 고압의 스팀을 생산하고 스팀과열기에서 과열증기를 만들어 증기터빈발전기에 공급할 때 전력생산량이 스팀소모량보다 작은 경우 잉여의 스팀을 진공응축기로 보내 응축시키고 터빈에 공급되는 스팀의 압력을 일정하게 유지할 수 있도록 고압스팀압력조절밸브가 설치되는 주엔진 폐열을 이용한 전력공급장치.
  • 제 1 항에 있어서,
    상기 스팀과열기와 증기터빈발전기 사이에는 스팀과열기에서 생성된 과열증기로 터빈을 구동하여 전력을 발생시키며 부하에 따라 생산되는 전력을 조절하기 위해 인입되는 스팀의 양을 조절하는 터빈가버너가 설치되는 주엔진 폐열을 이용한 전력공급장치.
  • 제 1 항에 있어서,
    상기 케스케이드탱크에는 고압스팀분리기와 급수라인으로 연결되면서 보일러수의 온도를 상승시켜 스팀 발생량을 증가시킬 수 있도록 하는 주엔진 소기냉각기의 폐열회수장치를 더 포함하는 주엔진 폐열을 이용한 전력공급장치.
  • 제 12 항에 있어서,
    상기 케스케이드탱크와 주엔진 소기냉각기의 폐열회수장치를 연결하는 급수라인에는 보일러수를 케이케이드탱크로부터 공급받을 수 있도록 배기가스절탄기 급수펌프가 설치되는 주엔진 폐열을 이용한 전력공급장치.
  • 제 1 항에 있어서,
    상기 케스케이드탱크와 보조보일러에 연결되는 급수라인에는 보조보일러에 생성하는 스팀만큼 추가의 보일러수를 보조보일러에 공급할 수 있도록 보조보일러 급수펌프가 설치되는 주엔진 폐열을 이용한 전력공급장치.
  • 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 주엔진에서 발생되는 폐열을 이용하여 전력을 공급할 수 있도록 하는 주엔진 폐열회수 전력공급장치를 가지는 선박.
  • 说明书全文

    주엔진 폐열을 이용한 전력공급장치 및 이를 가지는 선박{APPARATUS FOR POWER SUPPLYING USING MAIN ENGINE WASTE HEAT AND THE SHIP INCLUDING THE ASME}

    본 발명은 원유운반선의 주엔진 폐열을 이용한 전력공급장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선박용 주엔진의 운전중에 발생하는 배기가스에 포함된 폐열을 사용하여 증기를 생산하고 그 증기로 터빈을 구동하여 선박에 필요한 전력을 생산하며, 주엔진이 운전되지 않을 경우 선박에 설치된 보조보일러를 구동하여 터빈에 증기를 공급하고 전력을 생산하여 보조발전기를 대처할 수 있는 주엔진 폐열을 이용한 전력공급장치에 관한 것이다.

    선박 추진의 효율을 높이고 선박의 전체적인 에너지를 절약하는 시스템에 대한 연구가 진행되고 있다.

    일반적으로 선박은 메인 엔진의 연료 중 일부만이 선박 추진을 위한 에너지로 활용되고 나머지는 폐기 가스의 형태로 대기중에 버려진다.

    이에 따라 메인 엔진 폐기 가스에 포함된 에너지를 회수하여 이를 다시 엔진의 추진력으로 활용하거나, 또 다른 에너지원 예컨대, 전기를 생산하거나 난방 용수를 생산하는 데에 필요한 에너지로 사용할 수 있도록 한 폐열회수시스템이 다각도로 연구 개발되고 있다.

    도 1은 종래 선박에 적용되는 폐열 회수 시스템을 개략적으로 나타낸 개략 구성도이다.

    도 1을 참조하면, 종래 선박의 폐열회수시스템은, 메인 엔진(1)과 이 메인 엔진(1)과 급수라인(20)을 통해 연결되는 고압 및 저압 스팀 분리기(3)(4)를 포함한다.

    상기 메인 엔진(1)으로부터 발생한 폐기 가스는 터보 발전기(5) 구동에 필요한 과열증기 생산을 위해 이코노마이저(2)에 폐열을 지속적으로 공급하며, 상기 고압 및 저압스팀 분리기(3)(4) 각각으로부터는 순환라인(30)(40)이 연장된다.

    상기 이코노마이저(2)는 메인 엔진(1)으로부터 배출되는 폐기 가스 흐름 경로 상에 설치되며, 터보 발전기(5)는 상기 이코노마이저(2)를 통과한 과열증기 및 상기 메인 엔진(1)에서 제공된 폐기 가스에 의해 회전하고 전기를 생산한다(도 1의 일점 쇄선 참조).

    상기 각각의 순환라인(30)(40)은 상기 이코노마이저(2)를 경유하면서 상기 폐기 가스에 포함된 폐열에 의해 그 내부를 순환하는 급수가 가열되며, 이때 상기 이코노마이저(2)는 저압측과 고압측 이코노마이저(2a)(2b) 두 개의 공간으로 분리 구획되어, 다단에 걸쳐 폐기 가스에 포함된 폐열을 회수한다.

    저압측과 고압측 이코노마이저(2a)(2b)를 통과하면서 고압 및 저압 스팀 분리기(3)(4)에 수용된 급수는 과열증기 상태로 상이 변환되고, 이러한 과정을 통해 생성된 과열증기는 이코노마이저(2)와 터보 발전기(5)를 연결하는 과열증기라인(25)을 통해 상기 터보 발전기(5)에 전력 생산에 필요한 에너지로서 제공된다.

    도 1에서 실선 화살표는 본 시스템을 순환하는 급수의 흐름을 나타내며, 가는 점선 화살표는 상기 고압 및 저압스팀 분리기(3)(4)에서 각각 생성되어 상기 이코노마이저(2)를 통과하는 수증기의 흐름을 나타낸다.

    또한 이점쇄선 화살표는 이코노마이저(2)를 통과하면서 상 변환된 과열증기의 흐름을 나타낸다.

    상기한 종래 폐열회수시스템은, 선박의 주추진 기관 즉, 메인 엔진에서 발생하는 고온의 폐기 가스(배기가스)를 고압측 및 저압측 이코노마이저를 통과시키는 방법을 이용하여, 궁극적으로 과열증기를 생성하고, 이를 터보 발전기에 공급함으로써 전기를 생산한다.

    위와 같은 종래 시스템에서 상기 이코노마이저(2)는 과열증기를 생성하기 위한 열 교환기 역할을 한다는 점에서 그 역할이 매우 중요하다.

    종래 폐열회수시스템은, 폐기 가스 흐름방향(도 1의 일점 쇄선)을 기준으로 고압측 이코노마이저(2a) 후단에 저압측 이코노마이저(2b)가 설치된 구성의 이코노마이저(2)를 채택하고 있다.

    그런 관계로, 온도가 감소된 폐기 가스로부터 보다 효율적으로 열을 회수하기 위해서는 상기 저압측 이코노마이저(2b)의 열교환면적을 최대한 증대시켜야 하며, 이에 따라 시스템을 구성하는 장치의 전반적인 사이즈가 클 수밖에 없었다. 또한 장치 사이즈 증대로 인해 전체적으로는 선박의 중량이 증가되어, 결국 선박의 연료효율이 떨어지는 문제가 있다.

    또한, 종래에는 보조보일러에서 생산한 스팀은 포화스팀이므로 관내 온도 저하 등으로 응축수가 관내에 쉽게 발생하고 이로 인해 터빈의 날개를 손상시키는 문제점이 있었다.

    따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 폐열회수시스템에서 보조보일러를 사용하여 전력을 생산하는 경우 보조보일러에서 생산된 스팀은 감압 과정을 거쳐 증기터빈발전기에 필요한 압력으로 공급하게되는데 감압전의 스팀은 온도가 감압된 스팀보다 높으므로 감압된 스팀을 사용하여 과열증기로 만들 수 있어 스팀의 건도를 높이고 응축수의 생성을 방지할 수 있도록 한 주엔진 폐열을 이용한 전력공급장치를 제공함에 있다.

    상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 원유운반선의 주엔진에서 발생되는 폐열을 이용하여 전력을 공급하는 장치에 있어서, 주엔진에서 발생되는 배기가스를 사용하여 보일러수에 열교환을 시켜 스팀을 발생시키는 배기가스절탄기(Exhaust Gas Economizer, EGE)와, 상기 배기가스절탄기에서 생성된 스팀으로 터빈을 구동하여 전력을 발생시키는 증기터빈발전기와, 상기 배기가스절탄기와 증기터빈발전기 사이에 설치되면서 보일러에서 생성된 고압의 증기를 증기터빈발전기에 공급하기 위해 감압된 스팀과 열교환하여 과열증기로 만드는 스팀과열기와, 상기 증기터빈발전기와 연결되면서 터빈의 효율을 높이기 위해 터빈에서 증기가 에너지를 전달하고 동력을 발생시킨 뒤 배출되는 측에 진공에 가까운 부압을 형성하는 진공응축기와, 상기 진공응축기에 연결되면서 스팀을 생성하기 위한 급수를 저장하는 케스케이드탱크와, 상기 케스케이드탱크에 연결되면서 주엔진을 사용하지 않을 경우 선박의 잡용 및 보조기기를 구동시키기 위한 스팀을 발생시키는 보조보일러를 포함하게 된다.

    또한, 본 실시 예에 따르면 상기 스팀과열기와 보조보일러는 이송라인으로 연결되면서 상기 이송라인에 보조보일러에서 발생되는 스팀의 온도를 조절하여 스팀과열기로 공급될 수 있도록 온도조절밸브가 설치되어지게 된다.

    이때, 상기 진공응축기와 케스케이드탱크에는 진공응축기 내의 응축수를 케스케이드탱크로 이송하여 진공응축기 내의 수위를 일정하게 유지시킬 수 있도록 응축수 이송펌프가 설치되어지게 된다.

    본 실시 예에 따르면, 상기 배기가스절탄기에는 고압스팀분리기와 연결되면서 고압스팀분리기로부터 보일러수를 배기가스절탄기 내부로 순환시켜 열전달시킨 뒤 다시 고압스팀분리기로 회송하여 고압스팀분리기 내에서 물과 스팀을 분리하는 고압스팀생성부와, 저압스팀분리기의 보일러수를 배기가스절탄기 내부로 순환하여 열을 전달한 후 저압스팀분리기로 회송되어 물과 스팀을 분리한 후 분리된 저압스팀을 증기터빈발전기의 저압부로 보내는 저압스팀생성부와, 고압스팀분리기에서 분리된 스팀 일부가 이송되어 추가의 에너지를 가진 과열스팀으로 만들고 스팀과열기에서 과열증기로 만든 후 증기터빈발전기의 고압부로 보내는 고압스팀과열부를 포함하게 된다.

    또한, 상기 고압스팀분리기와 고압스팀생성부에는 고압보일러수를 순환시킬 수 있도록 고압보일러수 순환펌프가 설치되며, 상기 저압스팀분리기와 저압스팀생성부에는 저압보일러수를 순환시킬 수 있도록 저압보일러수 순환펌프가 설치되어지게 된다.

    그리고, 상기 저압스팀분리기와 진공응축기에는 저압스팀생성부에서 저압의 스팀을 생산하여 증기터빈발전기에 공급할 때 전력생산량이 스팀소모량보다 작은 경우 잉여의 스팀을 진공응축기로 보내 응축시키고 터빈에 공급되는 스팀의 압력을 일정하게 유지할 수 있도록 저압스팀압력조절밸브가 설치되어지게 된다.

    이와 함께, 상기 스팀과열기와 진공응축기에는 고압스팀생성부에서 고압의 스팀을 생산하고 스팀과열기에서 과열증기로 만등어 증기터빈발전기에 공급할 때 전력생산량이 스팀소모량보다 작은 경우 잉여의 스팀을 진공응축기로 보내 응축시키고 터빈에 공급되는 스팀의 압력을 일정하게 유지할 수 있도록 고압스팀압력조절밸브가 설치되어지게 된다.

    본 실시 예에 따르면, 상기 케스케이드탱크와 저압/고압스팀분리기에는 주엔진 과급기를 통해 압축된 소기(연소공기)의 온도가 상승함에 따라 상승된 소기의 온도를 낮추기 위해 냉각수를 공급하기 전에 먼저 급수되는 보일러수를 먼저 열교환하여 보일러수의 온도를 상승시켜 스팀 발생량을 증가시킬 수 있도록 하는 주엔진 소기냉각기의 폐열회수장치가 설치되어지게 된다.

    본 실시 예에 따르면, 상기 배기가스절탄기와 보조보일러 및 고압스팀분리기에 연결되어 기관실 및 보조기기에서 사용된 스팀의 응축수와 응축되지 않은 스팀을 냉각시키며 응축수는 케스케이드탱크로 이송하는 대기압응축기가 설치되는 것을 특징으로 한다.

    또한 본 실시 예에 따르면, 상기 스팀과열기와 대기압응축기 사이에는 스팀과열기에서 발생되는 과열증기가 배출되어 대기압응축기로 유입될 수 있도록 스팀트랩이 설치되는 것을 특징으로 한다.

    이와 같이 본 발명의 주엔진 폐열을 이용한 전력공급장치에 따르면, 보조보일러의 포화증기를 가열하여 과열증기로 만들어 증기터빈발전기에 공급함으로써 응축수에 의한 증기터빈발전기의 날개의 파손을 원천적으로 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

    도 1은 종래 선박에 적용되는 폐열회수시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
    도 2는 본 발명에 따른 주엔진 폐열회수 전력공급장치를 도시한 구성도이다.

    이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

    도 2는 본 발명에 따른 주엔진 폐열회수 전력공급장치를 도시한 구성도이다.

    도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 측면에 따르면, 원유운반선의 주엔진 폐열을 이용한 전력공급장치로서, 주엔진(10)에서 발생되는 배기가스를 사용하여 보일러수에 열교환을 시켜 스팀을 발생시키는 배기가스절탄기(100)와, 상기 배기가스절탄기(100)에서 생성된 스팀으로 터빈을 구동하여 전력을 발생시키는 증기터빈발전기(200)와, 상기 증기터빈발전기(200)와 연결되면서 터빈의 효율을 높이기 위해 터빈에서 증기가 에너지를 전달하고 동력을 발생시킨 뒤 배출되는 측에 진공에 가까운 부압을 형성하는 진공응축기(300)와, 상기 진공응축기(300)에 연결되면서 스팀을 생성하기 위한 급수를 저장하는 케스케이드탱크(400)를 포함하게 된다.

    또한, 본 실시 예에 따르면, 상기 케스케이드탱크(400)에 급수라인(L31)으로 연결되면서 주엔진(10)을 사용하지 않을 경우 선박의 잡용 및 보조기기를 구동시키기 위한 스팀을 발생시키는 보조보일러(500)를 더 포함하게 된다.

    또한, 본 실시 예에 따르면, 상기 보조보일러(500)와 증기터빈발전기(200) 사이에는 보조보일러(500)에서 생성된 고압의 증기를 증기터빈발전기(200)에 공급하기 위해 감압된 스팀과 열교환하여 과열증기를 만들게 되는 스팀과열기(900)를 더 포함하게 된다.

    그리고, 상기 보조보일러(500)와 스팀과열기(900)는 이송라인(L42)으로 연결되면서 상기 이송라인(L42)에는 보조보일러(500)에서 생성된 스팀의 온도를 조절하여 스팀과열기(900)로 보낼 수 있도록 온도조절밸브(910)가 설치되어지게 된다.

    본 실시 예에 따르면, 상기 케스케이드탱크(400)와 보조보일러(500) 사이에 연결되는 급수라인(L31)에는 보조보일러(500)에 생성하는 스팀만큼 추가의 보일러수를 보조보일러(500)에 공급할 수 있도록 보조보일러 급수펌프(510)가 설치되어지게 된다.

    이와 함께, 상기 보조보일러(500)는 고압스팀분리기(110)와 이송라인(L44)으로 연결되면서 상기 이송라인(L44)에는 보조보일러(500)에서 생산된 스팀이 감압되어 감압 과정을 거쳐 증기터빈발전기(200)에 필요한 압력을 공급할 수 있도록 감압밸브(520)가 설치되어지게 된다.

    상기 주엔진(10)에는 연료를 연소 후 발생하는 배기가스는 고온으로 그 에너지의 일부를 구동하여 과급을 위해 소기(연소공기)를 압축하는 주엔진과급기(11)가 설치되어지게 된다.

    한편, 상기 주엔진(10)과 배기가스절탄기(100)는 주엔진(10)에서 발생되는 배기가스가 배기가스절탄기(100)로 배출될 수 있도록 연결라인(L10)이 연결되어지게 된다.

    본 실시 예에 따르면, 상기 배기가스절탄기(100)는 고압스팀분리기(110)와 순환라인(L21)으로 연결되면서 고압스팀분리기(110)로부터 보일러수를 배기가스절탄기(100) 내부로 순환시켜 열전달시킨 뒤 다시 고압스팀분리기(110)로 회송하여 고압스팀분리기(110) 내에서 물과 스팀을 분리하는 고압스팀생성부(101)와, 저압스팀분리기(120)와 순환라인(L20)으로 연결되면서 저압스팀분리기(120)의 보일러수를 배기가스절탄기(100) 내부로 순환하여 열을 전달한 후 저압스팀분리기(120)로 회송되어 물과 스팀을 분리한 후 분리된 저압스팀을 증기터빈발전기(200)의 저압부로 보내는 저압스팀생성부(102)와, 상기 고압스팀분리기(110)와 증기터빈발전기(200)에 순환라인(L22)으로 연결되어 고압스팀분리기(110)에서 분리된 스팀 일부가 이송되어 추가의 에너지를 가진 과열스팀으로 만든 후 증기터빈발전기(200)의 고압부로 보내는 고압스팀과열부(103)를 포함한다.

    상기에서 고압스팀과열부(103)는 과열스팀이 증기터빈발전기(200)로 보내질 때 고압스팀과열부(103)와 증기터빈발전기(200) 사이에 스팀과열기(9000가 설치되어짐에 따라 감압된 스팀을 사용하여 스팀과열기(900)에서 열교환하여 생성된 과열증기가 증기터빈발전기(200)에 공급되어지게 된다.

    즉, 상기 스팀과열기(900)에서 보조보일러(500)의 포화증기를 가열하여 과열증기로 만들어 상기 증기터빈발전기(200)로 공급함으로 인해 응축수에 의한 증기터빈발전기(200)의 날개의 파손을 원천적으로 방지할 수 있게 된다.

    그리고, 상기 고압스팀분리기(110)와 고압스팀생성부(101)에는 고압보일러수를 순환시킬 수 있도록 고압보일러수 순환펌프(111)가 설치되어진다.

    또한, 상기 저압스팀분리기(120)와 저압스팀생성부(102)에는 저압보일러수를 순환시킬 수 있도록 저압보일러수 순환펌프(121)가 설치되어진다.

    한편, 상기 고압스팀분리기(110)와 저압스팀분리기(120) 사이에는 급수밸브(130)가 설치되어지게 된다.

    이와 함께, 상기 저압스팀분리기(120)와 진공응축기(300)에는 저압스팀생성부(102)에서 저압의 스팀을 생산하여 증기터빈발전기(200)에 공급할 때 전력생산량이 스팀소모량보다 작은 경우 잉여의 스팀을 진공응축기(300)로 보내 응축시키고 터빈에 공급되는 스팀의 압력을 일정하게 유지할 수 있도록 저압스팀압력조절밸브(122)가 설치되어진다.

    그리고, 상기 고압스팀과열부(103)와 진공응축기(300)에는 고압스팀생성부(101)에서 고압의 스팀을 생산하여 스팀과열기(900)에서 과열증기를 만들고 증기터빈발전기(200)에 공급할 때 전력생산량이 스팀소모량보다 작은 경우 잉여의 스팀을 진공응축기(300)로 보내 응축시키고 터빈에 공급되는 스팀의 압력을 일정하게 유지할 수 있도록 고압스팀압력조절밸브(112)가 설치되어지게 된다.

    본 발명에 따른 증기터빈발전기(200)는, 상기 배기가스절탄기(100)에서 생성된 스팀으로 터빈을 구동하여 전력을 발생시키며, 부하에 따라 생산되는 전력을 조절하기 위해 인입되는 스팀의 양을 조절하는 터빈가버너(210)가 설치되어진다.

    또한 상기 증기터빈발전기(200)는 터빈의 높은 회전수를 발전기에서 요구하는 회전수로 감속하기 위해 감속기어(도시하지 않음)가 사용되고, 사용되는 스팀은 6 ~ 16barg의 포화스팀 또는 과열스팀을 사용하는 고압증기터빈과 4 ~ 5barg의 포화스팀을 사용하는 저압증기터빈이 함께 구성되어 효율을 높이며, 단일의 고압증기터빈 부분만으로 구성된 터빈도 있게 된다.

    그리고, 상기 증기터빈발전기(200)에서 생산되는 전력은 전력관리시스템(도시하지 않음)에 의해 부하 및 운전 상황에 따라 보조발전기엔진(600)과 병렬 또는 단독운전이 결정되어 전력의 생산이 적절히 이루어지게 된다.

    본 발명에 따른 진공응축기(300)는, 상기 증기터빈발전기(200)의 터빈 효율을 높이기 위해 터빈에서 증기가 에너지를 전달하고 동력을 발생시킨 뒤 배출되는 측에 진공에 가까운 부압을 형성하여 터빈 내에서 온도가 감소하여도 최대한 증기 상태로 유지하여 전달되는 에너지가 최대가 되도록 하며, 진공펌프가 설치되고 응축을 위해 낮은 온도의 해수를 공급하게 된다.

    또한, 상기 진공응축기(300)는 케스케이드탱크(400)와 이송라인(L41)으로 연결되면서 상기 이송라인(L41)에 진공응축기(300) 내의 응축수를 케스케이드탱크(400)로 이송하여 진공응축기(300) 내의 수위를 일정하게 유지시킬 수 있도록 응축수 이송펌프(310)가 설치되어지게 된다.

    한편, 상기 진공응축기(300)는 통상 -0.92barg의 부압을 형성하고 이때 응축되는 증기의 온도를 약 35도인데, 35도에서 응축을 하는 것은 대기압에서 응축을 할 경우에는 100도에서 응축이 되고 이것은 여전히 응축되는 증기에 에너지가 많이 남아 있는 것을 의미하므로 35도에서 응축을 시키는 것이 터빈의 효율을 더 좋게 하는 것이다.

    본 실시 예에 따르면, 상기 케스케이드탱크(400)와 고압/저압스팀분리기(101,102)에 급수라인(L30)이 연결되면서 상기 급수라인(L30)에 주엔진 소기냉각기의 폐열회수장치(700)가 설치되어진다.

    즉, 상기 주엔진 소기냉각기의 폐열회수장치(700)는 주엔진과급기(11)를 통해 압축된 소기(연소공기)의 온도가 상승함에 따라 상승된 소기의 온도를 낮추기 위해 냉각수를 공급하기 전에 먼저 급수되는 보일러수를 먼저 열교환하여 보일러수의 온도를 상승시켜 스팀 발생량을 증가시킬 수 있게 된다.

    한편, 케스케이드탱크(400)와 주엔진 소기냉각기의 폐열회수장치(700) 사이에 연결되는 급수라인(L30)에는 고압/저압스팀분리기(110,120)에서 배기가스절탄기(100)를 통해 만들어진 스팀이 증기터빈발전기(200)에 공급되면 그 부족분만큼의 필요한 보일러수를 케스케이드탱크(400)로부터 공급받을 수 있도록 배기가스절탄기 급수펌프(710)가 설치되어지게 된다.

    본 실시 예에 따르면, 상기 배기가스절탄기(100)와 보조보일러(500) 및 고압스팀분리기(110)에는 대기압응축기(800)가 연결되어지게 된다.

    이때, 상기 대기압응축기(800)는 케스케이드탱크(400)에 이송라인(L40)으로 연결되면서 기관실 및 보조기기에서 사용된 스팀의 응축수와 응축되지 않은 스팀을 냉각시키며 응축수는 케스케이드탱크(400)로 이송하게 되는 것이다.

    또한, 상기 대기압응축기(800)에는 스팀과열기(900)가 이송라인(L43)으로 연결되면서 상기 이송라인(L43)에 스팀과열기(900)에서 발생되는 과열증기가 대기압응축기(800)로 유입될 수 있도록 스팀트랩(920)이 설치되어지게 된다.

    그리고, 상기 고압스팀분리기(110)와 대기압응축기(800) 사이의 연결라인(L11)에는 수위조절밸브(810)가 설치되어지게 된다.

    상기에서 케스케이드탱크(400)는 스팀을 생성하기 위한 급수를 저장하는 탱크로 60 ~ 80도로 유지되며 온도 유지를 위해 스팀분사를 통한 온도조절장치(도시하지 않음)가 설치되어 있다.

    상술한 구성을 갖는 주엔진(10)에서 발생되는 폐열을 회수하여 전력을 공급할 수 있도록 하는 주엔진 폐열회수 전력공급장치를 가지는 선박 또는 해양구조물에 적용되어진다.

    이와 같이, 본 실시 예에 따르면 주엔진(10)의 운전중에 발생하는 배기가스를 배기가스절탄기(100)에서 보일러수에 열교환시켜 스팀을 발생시키며, 상기 배기가스절탄기(100)에서 생성된 스팀으로 증기터빈발전기(200)의 터빈을 구동하여 전력을 발생시켜 선박에 필요한 전력을 생산할 수 있게 된다.

    그리고, 상기 증기터빈발전기(200)에서 스팀을 사용하여 전력을 발생시키게 되는데 터빈의 효율을 높이기 위해 진공응축기(300)를 설치함에 따라 상기 진공응축기(300)에서 터빈에서 증기가 에너지를 전달하고 동력을 발생시킨 뒤 배출되는 측에 진공에 가까운 부압을 형성하여 터빈 내에서 온도가 감소하여도 최대한 증기 상태를 유지하여 전달되는 에너지를 최대화할 수 있게 된다.

    이와 함께, 본 발명은 상기 보조보일러(500)와 대기압응축기(800)에 스팀과열기(900)가 이송라인(L42,L43)으로 설치되고 상기 스팀과열기(900)가 배기가스절탄기(100)의 고압스팀과열부(103)와 연결되면서 증기터빈발전기(200)에 연결되어짐으로써 보조보일러(500)에서 생성된 고압의 증기를 증기터빈발전기(500)에 공급하기 위해 감압된 스팀과 열교환하여 과열증기를 생성하여 증기터빈발전기(500)에 공급함에 따라 스팀의 건도를 높일 수 있고 응축수의 생성을 방지할 수 있게 된다.

    이상에서와 같이 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

    10 : 주엔진 11 : 주엔진과급기
    100 : 배기가스절탄기 101 : 고압스팀생성부
    101 : 저압스팀생성부 103 : 고압스팀과열부
    110 : 고압스팀분리기 111 : 고압보일러수 순환펌프
    112 : 고압스팀압력조절밸브 120 : 저압스팀분리기
    121 : 저압보일러수 순환펌프 122 : 저압스팀압력조절밸브
    130 : 급수밸브 200 : 증기터빈발전기
    210 : 터빈가버너 300 : 진공응축기
    310 : 응축수 이송펌프 400 : 케스케이드탱크
    500 : 보조보일러 510 : 보조보일러 급수펌프
    520 : 감압밸브 600 : 보조발전기엔진
    700 : 주엔진 소기냉각기의 폐열회수장치
    710 : 배기가스절탄기 급수펌프 800 : 대기압응축기
    900 : 스팀과열기 910 : 온도조절밸브
    920 : 스팀트랩 L10,L11 : 연결라인
    L20,L21,L22 : 순환라인 L30,L31 : 급수라인
    L40,L41,L42,L43,L44 : 이송라인

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