KR-102961506-B1 - 동적 재구성 가능한 증기 터빈 발전기 세트 및 작동 방법

Abstract

동적 재구성 가능한 증기 터빈 발전기 세트에 있어서, 증기 터빈 발전기 세트는 고압 보상 압력 스테이지(9) 및/또는 중압 보상 압력 스테이지(8)를 포함하고, 먼저 증기 터빈 세트의 작동 부하 작업 조건을 분할하며, 고부하 작업 조건에서, 종래의 고압 실린더(3), 중압 실린더(4)를 투입하여 작동시키고, 고압 보상 압력 스테이지(9) 및/또는 중압 보상 압력 스테이지(8)를 공회전하거나 정지시키며; 저부하 작업 조건에서, 고압 보상 압력 스테이지(9)와 고압 실린더(3)가 직렬로 작동하도록 하며, 및/또는 중압 보상 압력 스테이지(8)와 중압 실린더(4)가 직렬로 작동하도록 한다. 통류 시스템에 압력 스테이지를 직렬로 연결함으로써 작업 링크가 증가되고, 압력 전달을 통해 세트의 작동 압력을 더 높게 유지할 수 있다. 작동 부하 작업 조건에 따라 증기 터빈 발전기 세트의 통류 상태를 동적으로 재구성함으로써, 중, 저부하 작업 조건에서 증기 터빈 세트의 주 재열 증기의 작동 압력 감소로 인해 에너지 효율이 급격하게 저하되는 문제를 방지하여 증기 터빈 세트의 작업 조건 적응성을 향상시킨다. 본 발명은 작동 방법을 더 제공한다.

Inventors

• 왕 웨이량
• 뤼 준푸

Assignees

• 지난 유니버시티

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20220311

Priority Date

20211207

Claims (10)

1. 보일러, 제1 회전 샤프트, 고압 실린더 및 중압 실린더를 포함하고, 상기 보일러의 주증기 출구단은 주증기 파이프를 통해 상기 고압 실린더의 증기 입구단 파이프에 연결되며, 상기 주증기 파이프에는 주증기 밸브가 설치되고, 상기 고압 실린더의 배기 출구단은 저온 재열 증기 파이프를 통해 상기 보일러의 재열 증기 입구단 파이프에 연결되며, 상기 보일러의 재열 증기 출구단은 재열 증기 파이프를 통해 상기 중압 실린더의 증기 입구단 파이프에 연결되고, 상기 재열 증기 파이프에는 제4 밸브가 설치되며, 상기 고압 실린더 및 중압 실린더는 상기 제1 회전 샤프트의 중심 축선 방향을 따라 순차적으로 배치되는 동적 재구성 가능한 증기 터빈 발전기 세트로서, 제2 회전 샤프트, 고압 보상 압력 스테이지 및 에너지 변환 장치를 더 포함하고, 상기 고압 보상 압력 스테이지 및 에너지 변환 장치는 상기 제2 회전 샤프트의 중심 축선 방향을 따라 순차적으로 배치되며, 상기 주증기 밸브와 상기 고압 실린더 사이에는 제1 밸브가 설치되고, 상기 주증기 밸브와 상기 고압 보상 압력 스테이지 사이에는 제2 밸브가 설치되며, 상기 고압 보상 압력 스테이지의 배기 출구단은 제3 밸브를 통해 상기 제1 밸브의 증기 출구단 파이프라인에 연결된 후 상기 고압 실린더의 증기 입구단 파이프에 연결되며, 상기 증기 터빈 발전기 세트의 제1 상태 재구성 포인트의 부하율을 n％로 설정하고, 상기 고압 보상 압력 스테이지의 통류 면적을 상기 고압 실린더의 통류 면적의 0.4n％~1.5n％로 설정하는 것을 특징으로 하는 동적 재구성 가능한 증기 터빈 발전기 세트.
2. 보일러, 제1 회전 샤프트, 고압 실린더 및 중압 실린더를 포함하고, 상기 보일러의 주증기 출구단은 주증기 파이프를 통해 상기 고압 실린더의 증기 입구단 파이프에 연결되며, 상기 주증기 파이프에는 주증기 밸브가 설치되고, 상기 고압 실린더의 배기 출구단은 저온 재열 증기 파이프를 통해 상기 보일러의 재열 증기 입구단 파이프에 연결되며, 상기 보일러의 재열 증기 출구단은 재열 증기 파이프를 통해 상기 중압 실린더의 증기 입구단 파이프에 연결되고, 상기 재열 증기 파이프에는 제4 밸브가 설치되며, 상기 고압 실린더 및 중압 실린더는 상기 제1 회전 샤프트의 중심 축선 방향을 따라 순차적으로 배치되는 동적 재구성 가능한 증기 터빈 발전기 세트로서, 제2 회전 샤프트, 중압 보상 압력 스테이지 및 에너지 변환 장치를 더 포함하고, 상기 중압 보상 압력 스테이지 및 에너지 변환 장치는 상기 제2 회전 샤프트의 중심 축선 방향을 따라 순차적으로 배치되며, 상기 중압 보상 압력 스테이지의 증기 입구단은 제5 밸브를 통해 상기 제4 밸브의 증기 입구단 파이프라인에 연결되고, 상기 중압 보상 압력 스테이지의 배기 출구단은 제6 밸브를 통해 상기 제4 밸브의 증기 출구단 파이프라인에 연결된 후 상기 중압 실린더의 증기 입구단 파이프에 연결되는 것을 특징으로 하는 동적 재구성 가능한 증기 터빈 발전기 세트.
3. 보일러, 제1 회전 샤프트, 고압 실린더 및 중압 실린더를 포함하고, 상기 보일러의 주증기 출구단은 주증기 파이프를 통해 상기 고압 실린더의 증기 입구단 파이프에 연결되며, 상기 주증기 파이프에는 주증기 밸브가 설치되고, 상기 고압 실린더의 배기 출구단은 저온 재열 증기 파이프를 통해 상기 보일러의 재열 증기 입구단 파이프에 연결되며, 상기 보일러의 재열 증기 출구단은 재열 증기 파이프를 통해 상기 중압 실린더의 증기 입구단 파이프에 연결되고, 상기 재열 증기 파이프에는 제4 밸브가 설치되며, 상기 고압 실린더 및 중압 실린더는 상기 제1 회전 샤프트의 중심 축선 방향을 따라 순차적으로 배치되는 동적 재구성 가능한 증기 터빈 발전기 세트로서, 제2 회전 샤프트, 고압 보상 압력 스테이지, 중압 보상 압력 스테이지 및 에너지 변환 장치를 더 포함하고, 상기 고압 보상 압력 스테이지, 중압 보상 압력 스테이지 및 에너지 변환 장치는 상기 제2 회전 샤프트의 중심 축선 방향을 따라 순차적으로 배치되며, 상기 주증기 밸브와 상기 고압 실린더 사이에는 제1 밸브가 설치되고, 상기 주증기 밸브와 상기 고압 보상 압력 스테이지 사이에는 제2 밸브가 설치되며, 상기 고압 보상 압력 스테이지의 배기 출구단은 제3 밸브를 통해 상기 제1 밸브의 증기 출구단 파이프라인에 연결된 후 상기 고압 실린더의 증기 입구단 파이프에 연결; 상기 중압 보상 압력 스테이지의 증기 입구단은 제5 밸브를 통해 상기 제4 밸브의 증기 입구단 파이프라인에 연결되고, 상기 중압 보상 압력 스테이지의 배기 출구단은 제6 밸브를 통해 상기 제4 밸브의 증기 출구단 파이프라인에 연결된 후 상기 중압 실린더의 증기 입구단 파이프에 연결되는 것을 특징으로 하는 동적 재구성 가능한 증기 터빈 발전기 세트.
4. 제3항에 있어서, 상기 증기 터빈 발전기 세트의 제1 상태 재구성 포인트의 부하율을 n％로 설정하고, 상기 고압 보상 압력 스테이지의 통류 면적을 상기 고압 실린더의 통류 면적의 0.4n％~1.5n％로 설정하는 것을 특징으로 하는 동적 재구성 가능한 증기 터빈 발전기 세트.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 증기 터빈 발전기 세트의 제2 상태 재구성 포인트의 부하율을 m％로 설정하고, 상기 중압 보상 압력 스테이지의 통류 면적을 상기 중압 실린더의 통류 면적의 0.4m％~1.5m％로 설정하는 것을 특징으로 하는 동적 재구성 가능한 증기 터빈 발전기 세트.
6. 제1항 또는 제3항에 따른 동적 재구성 가능한 증기 터빈 발전기 세트의 작동 방법으로서, 고부하 작업 조건에서, 제1 밸브를 열고 제2 밸브, 제3 밸브를 닫아 상기 고압 보상 압력 스테이지를 공회전하거나 정지시키는 단계; 저부하 작업 조건에서, 제2 밸브, 제3 밸브를 열고 제1 밸브를 닫아 상기 고압 보상 압력 스테이지와 상기 고압 실린더가 직렬로 작동하도록 하는 단계; 상기 고부하 작업 조건은 정격 부하 작업 조건의 70％; 상기 저부하 작업 조건은 정격 부하 작업 조건의 10％~70％를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 재구성 가능한 증기 터빈 발전기 세트의 작동 방법.
7. 제2항 또는 제3항에 따른 동적 재구성 가능한 증기 터빈 발전기 세트의 작동 방법으로서, 고부하 작업 조건에서, 제4 밸브를 열고 제5 밸브 및 제6 밸브를 닫아 상기 중압 보상 압력 스테이지를 공회전하거나 정지시키는 단계; 저부하 작업 조건에서, 제5 밸브 및 제6 밸브를 열고 제4 밸브를 닫아 상기 중압 보상 압력 스테이지와 상기 중압 실린더가 직렬로 작동하도록 하는 단계; 상기 고부하 작업 조건은 정격 부하 작업 조건의 70％; 상기 저부하 작업 조건은 정격 부하 작업 조건의 10％~70％를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 재구성 가능한 증기 터빈 발전기 세트의 작동 방법.
8. 제3항에 따른 동적 재구성 가능한 증기 터빈 발전기 세트의 작동 방법으로서, 고부하 작업 조건에서, 제1 밸브 및 제4 밸브를 열고 제2 밸브, 제3 밸브, 제5 밸브 및 제6 밸브를 닫아 상기 고압 보상 압력 스테이지 및 중압 보상 압력 스테이지를 공회전하거나 정지시키는 단계; 저부하 작업 조건에서, 제2 밸브, 제3 밸브, 제5 밸브 및 제6 밸브를 열고 제1 밸브 및 제4 밸브를 닫아 상기 고압 보상 압력 스테이와 상기 고압 실린더가 직렬로 작동하도록 하고, 상기 중압 보상 압력 스테이지와 상기 중압 실린더가 직렬로 작동하도록 하는 단계; 상기 고부하 작업 조건은 정격 부하 작업 조건의 70％; 상기 저부하 작업 조건은 정격 부하 작업 조건의 10％~70％를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 재구성 가능한 증기 터빈 발전기 세트의 작동 방법.
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Description

동적 재구성 가능한 증기 터빈 발전기 세트 및 작동 방법 본 발명은 증기 터빈 발전 기술 분야에 관한 것으로, 특히 동적 재구성 가능한 증기 터빈 발전기 세트 및 작동 방법에 관한 것이다. '이중 탄소' 전략은 신에너지를 주체로 하는 신전력시스템 구축을 추진하고, 무작위 변동이 있는 태양광, 풍력 등 대규모 신에너지원이 그리드에 통합됨에 따라 기본 전력, 주로 석탄 화력 발전이 딥 피크 저감에 전적으로 참여하게 되었다. 석탄 화력 발전기 세트의 설계는 주로 정격 부하 작업 조건에서의 작동 효율을 고려하는데, 딥 피크 저감 공정에서 중, 저부하 작업 조건에서 세트의 발전 에너지 효율은 급격히 저하되고 정격 부하 작업 조건에 비해 종래의 석탄 화력 발전기 세트 30% 정격 부하 작업 조건에서의 석탄 소비가 30-40g/kW·h 증가하였는데, 그 직접적인 이유는 주증기 압력 "고정-슬라이딩-고정" 작동 모드에서 주증기 압력이 중, 저부하에서 크게 감소하며, 이는 열 시스템 사이클 효율을 감소시키는 직접적인 원인이 되고 동시에 터빈 본체의 흐름 손실을 증가시킨다. 종래 기술에서는 증기 터빈 세트가 제작 및 설치되면 구조적 연결 상태가 확정되고 각 압력 실린더는 설정된 상태에 따라서만 작동할 수 있다. 그런데 각 압력 실린더는 모두 전부하 작업 조건에 따라 설계되므로 증기 터빈 세트가 중, 저부하 작업 조건에서 작동 시 주증기 작동 압력이 감소하여 증기 터빈 세트의 구조를 재구성할 수 없어 결국에는 딥 피크 저감 과정에서 에너지 효율이 급격히 저하된다. 본 발명은 첨부된 도면을 사용하여 추가로 설명되지만, 첨부된 도면의 실시예는 본 발명을 제한하지 않으며, 당업자는 창의적인 노력을 기울이지 않고도 아래 도면에 기초하여 다른 도면을 얻을 수 있다. 도 1은 본 실시예 1에서 제공되는 동적 재구성 가능한 증기 터빈 발전기 세트의 구조도이다. 도 2는 본 실시예 2에서 제공되는 동적 재구성 가능한 증기 터빈 발전기 세트의 구조도이다. 도 3은 본 실시예 3에서 제공되는 동적 재구성 가능한 증기 터빈 발전기 세트의 구조도이다. 도 4는 본 실시예 4에서 제공되는 동적 재구성 가능한 증기 터빈 발전기 세트의 구조도이다. 도 5는 330MW 종래 화력 발전 세트의 전부하 작업 조건에서의 표준 석탄 소비량 모식도이다. 도 6은 330MW 종래 화력 발전 세트의 전부하 작업 조건에서의 조절 스테이지 배압 및 “고정-슬라이딩-고정”주증기 압력 변화도이다. 도 7은 본 실시예 9에서 동적 재구성 가능한 증기 터빈 발전기 세트와 종래 작동 방식의 증기 터빈 발전기 세트의 주증기 알벽이 부하에 따라 변하는 모식도이다. 도 8은 본 실시예 9에서 동적 재구성 가능한 증기 터빈 발전기 세트와 종래 작동 방식의 증기 터빈 발전기 세트의 전부하 작업 조건표준 석탄 소비량 모식도이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 과제 해결 수단을 명확하고 완전하게 설명할 것이다. 물론, 설명된 실시예는 본 발명의 실시예 중 일부일 뿐, 전부는 아니다. 본 발명의 실시예에 기초하여, 당업자가 창의적인 노력 없이 획득한 다른 모든 실시예는 본 발명의 보호 범위에 속한다. 본 발명을 설명함에 있어서, "중앙", "상부", "하부", "좌측", "우측", "수직", "수평", "내측", "외측" 등으로 표시된 방향 또는 위치 관계는 도면에 표시된 방향 또는 위치 관계에 기초한 것으로, 이는 단지 본 발명을 설명의 편의를 위한 것이며 설명을 단순화하기 위한 것일 뿐, 언급된 장치 또는 요소가 특정 방향을 가져야 하고, 특정 방향으로 구성되고 작동해야 함을 나타내거나 암시하려는 의도가 아니며, 따라서 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 또한, "제1", "제2" 및 "제3"과 같은 용어는 설명의 목적으로만 사용되며 상대적인 중요성을 나타내거나 암시하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명을 설명함에 있어서, 특정 장치가 제1 소자와 제2 소자 사이에 위치한다고 설명하는 경우, 특정 장치와 제1 소자 또는 제2 소자 사이에 중간 장치가 있을 수도 있고 없을 수도 있다. 특정 장치가 다른 장치와 연결되어 있다고 설명하는 경우, 이 특정 장치는 중간 장치 없이 다른 장치와 직접적으로 연결되거나, 중간 장치를 통해 다른 장치와 간접적으로 연결될 수 있다. 관련 기술 분야의 당업자에게 알려진 기술, 방법 및 장치는 자세히 논의되지 않을 수 있지만, 적절한 경우 그러한 기술, 방법 및 장치는 본 명세서의 일부로 간주되어야 한다. 실시예 1: 도 1을 참조하면, 본 실시예 1은 동적 재구성 가능한 증기 터빈 발전기 세트를 제공하고, 이는 보일러(12), 제1 회전 샤프트(1), 고압 실린더(3) 및 중압 실린더(4)를 포함하고, 보일러(12)의 주증기 출구단은 주증기 파이프를 통해 고압 실린더(3)의 증기 입구단 파이프에 연결되며, 주증기 파이프에는 주증기 밸브(13)가 설치되고, 고압 실린더(3)의 배기 출구단은 저온 재열 증기 파이프를 통해 보일러(12)의 재열 증기 입구단 파이프에 연결되며, 보일러(12)의 재열 증기 출구단은 재열 증기 파이프를 통해 중압 실린더(4)의 증기 입구단 파이프에 연결되고, 재열 증기 파이프에는 제4 밸브(17)가 설치되며, 고압 실린더(3) 및 중압 실린더(4)는 제1 회전 샤프트(1)의 중심 축선 방향을 따라 순차적으로 배치되며; 제2 회전 샤프트(2), 고압 보상 압력 스테이지(7) 및 에너지 변환 장치(9)를 더 포함하고, 고압 보상 압력 스테이지(7) 및 에너지 변환 장치(9)는 제2 회전 샤프트(2)의 중심 축선 방향을 따라 순차적으로 배치되며, 주증기 밸브(13)와 고압 실린더(3) 사이에는 제1 밸브(14)가 설치되고, 주증기 밸브(13)와 고압 보상 압력 스테이지(7) 사이에는 제2 밸브(15)가 설치되며, 고압 보상 압력 스테이지(7)의 배기 출구단은 제3 밸브(16)를 통해 제1 밸브(14)의 증기 출구단 파이프라인에 연결된 후 고압 실린더(3)의 증기 입구단 파이프에 연결되고, 제1 밸브(14)의 입구와 출구 양단에 하나의 고압 보상 압력 스테이지(7)를 병렬로 연결한 것에 해당되며, 고압 보상 압력 스테이지(7) 양단의 제2 밸브(15) 및 제3 밸브(16)가 닫히고 제1 밸브(14)가 열리면, 주증기가 순차적으로 주증기 밸브(13), 제1 밸브(14)를 통과하여 고압 실린더(3)의 증기 입구단에 들어가는데, 이러한 방식은 고부하 작업 조건에서 작동하는 데 적합하다. 고압 보상 압력 스테이지(7) 양단의 제2 밸브(15) 및 제3 밸브(16)가 열리고 제1 밸브(14)가 닫히면, 주증기가 순차적으로 주증기 밸브(13), 제2 밸브(15), 고압 보상 압력 스테이지(7) 및 제3 밸브(16)를 통과한 후 고압 실린더(3)의 증기 입구단에 들어가는데, 이는 고압 보상 압력 스테이지(7)와 고압 실린더(3)가 직렬로 작동하도록 하는 것에 해당되며, 이러한 방식은 저부하 작업 조건에서 작동하는 데 적합하다. 요약하면, 본 실시예 1의 증기 터빈 세트는 고압 부분에서 고압 실린더(3) 및 고압 보상 압력 스테이지(7)라는 2개의 작업 유닛을 가지고 있고, 서로 다른 부하 작업 조건에 따라 서로 다른 연결 상태로 전환하여 증기 터빈 세트의 동적 재구성을 구현한다. 실시예 2: 도 2를 참조하면, 본 실시예 2은 동적 재구성 가능한 증기 터빈 발전기 세트를 제공하고, 이는 보일러(12), 제1 회전 샤프트(1), 고압 실린더(3) 및 중압 실린더(4)를 포함하고, 보일러(12)의 주증기 출구단은 주증기 파이프를 통해 고압 실린더(3)의 증기 입구단 파이프에 연결되며, 주증기 파이프에는 주증기 밸브(13)가 설치되고, 고압 실린더(3)의 배기 출구단은 저온 재열 증기 파이프를 통해 보일러(12)의 재열 증기 입구단 파이프에 연결되며, 보일러(12)의 재열 증기 출구단은 재열 증기 파이프를 통해 중압 실린더(4)의 증기 입구단 파이프에 연결되고, 재열 증기 파이프에는 제4 밸브(17)가 설치되며, 고압 실린더(3) 및 중압 실린더(4)는 제1 회전 샤프트(1)의 중심 축선 방향을 따라 순차적으로 배치되며; 제2 회전 샤프트(2), 중압 보상 압력 스테이지(8) 및 에너지 변환 장치(9)를 더 포함하고, 중압 보상 압력 스테이지(8) 및 에너지 변환 장치(9)는 제2 회전 샤프트(2)의 중심 축선 방향을 따라 순차적으로 배치되며, 중압 보상 압력 스테이지(8)의 증기 입구단은 제5 밸브(18)를 통해 제4 밸브(17)의 증기 입구단 파이프라인에 연결되고, 중압 보상 압력 스테이지(8)의 배기 출구단은 제6 밸브(19)를 통해 제4 밸브(17)의 증기 출구단 파이프라인에 연결된 후 중압 실린더(4)의 증기 입구단 파이프에 연결되고, 제4 밸브(17)의 입구와 출구 양단에 하나의 중압 보상 압력 스테이지(8)를 병렬로 연결한 것에 해당되며, 중압 보상 압력 스테이지(8) 양단의 제5 밸브(18) 및 제6 밸브(19)가 닫히고 제4 밸브(17)가 열리면, 재열 증기가 순차적으로 제4 밸브(17)를 통과하여 중압 실린더(4)의 증기 입구단에 들어가는데, 이러한 방식은 고부하 작업 조건에서 작동하는 데 적합하다. 중압 보상 압력 스테이지(8) 양단의 제5 밸브(18) 및 제6 밸브(19)가 열리고 제4 밸브(17)가 닫히면, 재열 증기가 순차적으로 제5 밸브(18), 중압 보상 압력 스테이지(8) 및 제6 밸브(19)를 통과한 후 중압 실린더(4)의 증기 입구단에 들어가는데, 이는 중압 보상 압력 스테이지(8)와 중압 실린더(4)가 직렬로 작동하도록 하는 것에 해당되며, 이러한 방식은 저부하 작업 조건에서 작동하는 데 적합하다. 요약하면, 본 실시예 2의 증기 터빈 세트는 중압 부분에서 중압 실린더(4) 및 중압 보상 압력 스테이지(8)라는 2개의 작업 유닛을 가지고 있고, 서로 다른 부하 작업 조건에 따라 서로 다른 연결 상태로 전환하여 증기 터빈 세트의 동적 재구성을 구현한다. 실시예 3: 도 3을 참조하면, 본 실시예 3은 동적 재구성 가능한 증기 터빈 발전기 세트를 제공하고, 이는 보일러(12), 제1 회전 샤프트(1), 고압 실린더(3) 및 중압 실린더(4)를 포함하고, 보일러(12)의 주증