KR20160094804A - 발전시스템 및 난방시스템의 제어방법 - Google Patents

발전시스템 및 난방시스템의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발전시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스팀터빈에 의하여 발전하는 발전시스템에 관한 것이다.
본 발명은, 과열증기를 형성하는 하나 이상의 보일러(100)와, 상기 보일러(100)에서 형성된 과열증기에 의하여 회전되어 발전하는 하나 이상의 스팀터빈(200)과, 상기 보일러(100)에서 형성된 과열증기를 상기 스팀터빈(200)으로 전달하는 하나 이상의 주배관(300)과, 상기 주배관(300)을 따라서 분기되어 상기 주배관(300) 내에 포함된 수분을 배수하는 하나 이상의 배수라인(400)과, 상기 배수라인(400)을 개폐하는 개폐밸브(410)를 포함하는 발전시스템에 있어서, 상기 개폐밸브(410)를 기준으로 상기 개폐밸브(410)의 전방 배수라인(400)에 도달된 과열증기의 압력 및 온도 중 적어도 어느 하나의 측정값을 측정하는 측정단계와; 상기 측정단계에서 측정된 측정값을 기준으로 상기 개폐밸브(410)의 전방 배수라인(400)에 도달된 과열증기가 과포화상태인지 여부를 판단하는 과포화상태 판단단계와; 상기 판단단계에서 상기 개폐밸브(410)의 전방 배수라인(400)에 도달된 과열증기가 과포화상태로 판단되면 상기 개폐밸브(410)를 개방하는 밸브개방단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전시스템 제어방법을 개시한다.

Description

발전시스템 및 난방시스템의 제어방법 {Control method for power generation system}
본 발명은 스팀을 이용하여 발전하는 발전시스템의 제어방법 또는 스팀을 이용한 난방을 수행하는 난방시스템의 제어방법에 관한 것이다.
전기는 물·기름·석탄·천연가스 또는 지열(地熱) 등의 에너지원을 이용하여 터빈을 회전시키고 터빈축과 연결된 발전기를 통하여 생산된다. 발전소는 전기생산에 사용되는 에너지원에 따라 크게 수력발전소·화력발전소·원자력발전소 등으로 구분된다.
그리고 스팀을 이용하는 발전소는 석탄, 원자력, 지열(지열 발전), 태양열과 쓰레기 소각, 천연 가스, 바이오매스를 열원으로 사용한다.
특히 스팀을 이용하는 발전소는, 화력 등의 열원을 이용하여 보일러에 의하여 스팀(과열증기)를 형성하고, 보일러에서 형성된 과열증기는 주배관을 통하여 스팀터빈으로 전달되어 스팀터빈을 회전시킴으로써 전기를 생산하게 된다.
한편 상기와 같은 구성을 가지는 스팀을 이용하는 발전소는, 복수의 스팀터빈들로 과열증기를 전달함에 있어서 각 스팀터빈으로의 과열증기 전달을 위한 주배관이 설치되며, 수분이 함유된 과열증기에 의한 스팀터빈의 손상을 방지하기 위하여 화력발전소의 기동 전에 주배관을 통하여 흐르는 스팀에서 수분을 제거한 후 가동되고 있다.
또한 수분이 함유된 과열증기에 의한 스팀터빈의 손상을 방지하기 위하여 주배관에 개폐밸브 및 스팀트랩이 설치된 배수라인을 연결하여 과열증기에 포함된 수분을 제거함으로써 스팀터빈의 손상을 방지하고 있다.
그런데, 종래의 스팀을 이용한 발전시스템은, 작업자가 각 개폐밸브로 접근하여 적외선카메라 등을 이용하여 개폐밸브 부근 주배관의 외부 온도를 측정하여 각 개폐밸브를 개방하는 등 수작업에 의하여 개폐밸브를 개폐하고 있어, 초기 기동시 작업이 번거로우며 기동시간이 증가하는 문제점이 있다.
또한 과열증기에 포함된 수분을 제거하는 스팀트랩이 설치되는 것이 일반적인데 스팀트랩 내의 실링 등에 문제가 생겨 과열증기가 누출되는 경우 전체 발전효율을 저하시키는 문제점이 있다.
한편 스팀을 이용하는 발전시스템에 있어서, 스팀터빈으로의 과열증기를 전달하기 위한 주배관 이외에, 폐열활용은 위한 증기배관, 재가열을 위한 회수배관 등 다수의 증기배관이 설치되며, 각 증기배관에는 과열증기의 흐름 제어를 위한 개폐밸브가 설치되어 있다.
이때 각 증기배관에 설치되는 개폐밸브 내의 실링 등에 문제가 생겨 과열증기가 누출되는 경우 전체 발전효율을 저하시키는 문제점이 있다.
한편 스팀을 이용한 발전시스템과 유사한 방식, 즉 스팀을 이용하여 난방을 수행하는 난방시스템의 경우, 과열증기 내에 수분이 포함되는 경우 난방 시스템 내 모세관을 포함하는 히터의 파손 등이 발생되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 보일러에서 형성된 과열증기를 스팀터빈에 전달하는 주배관에 연결된 배수라인에 설치된 개폐밸브를 자동으로 개폐함으로써 발전시스템을 효율적으로 제어할 수 있는 발전시스템의 제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 보일러에서 형성된 과열증기가 각종 배관에 설치된 개폐밸브, 스팀트랩 등을 통하여 누출되는 것을 자동으로 감지하여 그 누출을 알림으로써 개폐밸브, 스팀트랩 등을 통한 과열증기의 누출에 의하여 발전시스템의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있는 발전시스템의 제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 난방 시스템 내 과열증기가 스팀트랩을 통하여 누출되는 것을 자동으로 감지하여 그 누출을 알림으로써 스팀트랩을 통한 과열증기의 누출에 의하여 발전시스템의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있는 난방시스템의 제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은, 과열증기를 형성하는 하나 이상의 보일러(100)와, 상기 보일러(100)에서 형성된 과열증기에 의하여 회전되어 발전하는 하나 이상의 스팀터빈(200)과, 상기 보일러(100)에서 형성된 과열증기를 상기 스팀터빈(200)으로 전달하는 하나 이상의 주배관(300)과, 상기 주배관(300)을 따라서 분기되어 상기 주배관(300) 내에 포함된 수분을 배수하는 하나 이상의 배수라인(400)과, 상기 배수라인(400)을 개폐하는 개폐밸브(410)를 포함하는 발전시스템에 있어서, 상기 개폐밸브(410)를 기준으로 상기 개폐밸브(410)의 전방 배수라인(400)에 도달된 과열증기의 압력 및 온도 중 적어도 어느 하나의 측정값을 측정하는 측정단계와; 상기 측정단계에서 측정된 측정값을 기준으로 상기 개폐밸브(410)의 전방 배수라인(400)에 도달된 과열증기가 과포화상태인지 여부를 판단하는 과포화상태 판단단계와; 상기 판단단계에서 상기 개폐밸브(410)의 전방 배수라인(400)에 도달된 과열증기가 과포화상태로 판단되면 상기 개폐밸브(410)를 개방하는 밸브개방단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전시스템 제어방법을 개시한다.
상기 발전시스템은, 상기 개폐밸브(410)의 전방 측 상기 배수라인(400)과 분기되어 과열증기에 포함된 물을 배출하는 하나 이상의 트림배관(510)과, 상기 트림배관(510)에 설치되어 과열증기에 포함된 물만을 외부로 배출하는 스팀트랩(520)을 추가로 포함하며, 상기 스팀트랩(520)을 기준으로 상기 스팀트랩(520)의 전방 및 후방 트림배관(510) 내의 압력 및 온도 중 적어도 어느 하나의 측정값을 측정하는 측정단계와; 상기 측정단계에서 측정된 측정값을 기준으로 상기 스팀트랩(520)의 후방 트림배관(510) 내에 과열증기가 포함되었는지 여부를 판단하는 과포화상태 판단단계와; 상기 판단단계에서 상기 스팀트랩(520)의 후방 트림배관(510) 내에 과열증기가 포함된 것으로 판단되면 상기 스팀트랩(520)에 이상이 있음을 알리는 이상신호발생단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 과열증기를 형성하는 하나 이상의 보일러(100)와, 상기 보일러(100)에서 형성된 과열증기에 의하여 회전되어 발전하는 하나 이상의 스팀터빈(200)과, 상기 보일러(100)에서 형성된 과열증기를 상기 스팀터빈(200)으로 전달하는 하나 이상의 주배관(300)과, 상기 주배관(300)을 따라서 분기되어 상기 주배관(300) 내에 포함된 수분을 배수하는 하나 이상의 배수라인(400)과, 상기 배수라인(400)을 개폐하는 개폐밸브(410)와, 상기 개폐밸브(410)의 전방 측 상기 배수라인(400)과 분기되어 과열증기에 포함된 물을 배출하는 하나 이상의 트림배관(510)과, 상기 트림배관(510)에 설치되어 과열증기에 포함된 물만을 외부로 배출하는 스팀트랩(520)을 포함하는 발전시스템에 있어서, 상기 스팀트랩(520)을 기준으로 상기 스팀트랩(520)의 전방 및 후방 트림배관(510) 내의 압력 및 온도 중 적어도 어느 하나의 측정값을 측정하는 측정단계와; 상기 측정단계에서 측정된 측정값을 기준으로 상기 스팀트랩(520)의 후방 트림배관(510) 내에 과열증기가 포함되었는지 여부를 판단하는 과포화상태 판단단계와; 상기 판단단계에서 상기 스팀트랩(520)의 후방 트림배관(510) 내에 과열증기가 포함된 것으로 판단되면 상기 스팀트랩(520)에 이상이 있음을 알리는 이상신호발생단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전시스템 제어방법을 개시한다.
본 발명은 또한 과열증기를 형성하는 하나 이상의 보일러(100)와, 상기 보일러(100)에서 형성된 과열증기에 의하여 회전되어 발전하는 하나 이상의 스팀터빈(200)과, 상기 보일러(100)에서 형성된 과열증기가 흐르는 하나 이상의 배관(710)과, 상기 배관(710)에 설치되어 상기 배관(710)을 통한 과열증기의 흐름을 개폐하는 하나 이상의 개폐밸브(720)를 포함하는 발전시스템의 제어방법으로서, 상기 개폐밸브(720)를 기준으로 상기 개폐밸브(720)의 전방 및 후방 배관(710) 내의 압력 및 온도 중 적어도 어느 하나의 측정값을 측정하는 측정단계와; 상기 측정단계에서 측정된 측정값을 기준으로 상기 개폐밸브(720)의 전방으로부터 상기 개폐밸브(720)의 후방 배관(710)으로 과열증기가 누출되었는지 여부를 판단하는 과열증기 누출판단단계와; 상기 과열증기 누출판단단계에서 과열증기가 누출된 것으로 판단되면 상기 개폐밸브(720)에 이상이 있음을 알리는 이상신호발생단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전시스템의 제어방법을 개시한다.
본 발명은 또한 과열증기를 형성하는 하나 이상의 보일러(100)와, 상기 보일러(100)에서 형성된 과열증기에 의하여 발열하며 직렬로 연결된 복수의 스팀가열부(900)과, 상기 보일러(100)에서 형성된 과열증기를 상기 복수의 스팀가열부(900)들로 전달하는 하나 이상의 주배관(800)과, 상기 각 스팀가열부(900)의 전방 측에서 분기되어 상기 주배관(800) 내에 포함된 수분을 배수하는 하나 이상의 배수라인(400)과, 상기 배수라인(400)을 개폐하는 개폐밸브(410)와, 상기 개폐밸브(410)의 전방 측 상기 배수라인(400)과 분기되어 과열증기에 포함된 물을 배출하는 하나 이상의 트림배관(510)과, 상기 트림배관(510)에 설치되어 과열증기에 포함된 물만을 외부로 배출하는 스팀트랩(520)을 포함하는 난방시스템에 있어서, 상기 스팀트랩(520)을 기준으로 상기 스팀트랩(520)의 전방 및 후방 트림배관(510) 내의 압력 및 온도 중 적어도 어느 하나의 측정값을 측정하는 측정단계와; 상기 측정단계에서 측정된 측정값을 기준으로 상기 스팀트랩(520)의 후방 트림배관(510) 내에 과열증기가 포함되었는지 여부를 판단하는 과포화상태 판단단계와; 상기 판단단계에서 상기 스팀트랩(520)의 후방 트림배관(510) 내에 과열증기가 포함된 것으로 판단되면 상기 스팀트랩(520)에 이상이 있음을 알리는 이상신호발생단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 난방시스템의 제어방법을 개시한다.
본 발명에 따른 발전시스템 및 난방시스템의 제어방법은, 개폐밸브 부근의 배수라인의 온도 및 압력 중 적어도 어느 하나를 측정하고 그 측정결과에 따라서 개폐밸브 부근에 과열증기가 과포화상태에 도달한 것으로 보아 배기라인에 설치된 개폐밸브를 자동으로 닫아 스팀터빈을 가동하도록 함으로써 발전시스템을 효율적으로 제어할 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 발전시스템 및 난방시스템의 제어방법은, 스팀트랩의 전방 및 후방에서의 온도 및 압력 중 적어도 어느 하나를 측정하고 그 측정결과에 따라서 과열증기가 스팀트랩을 통하여 누출되는 것을 자동으로 감지하여 그 누출을 알림으로써 스팀트랩을 통한 과열증기의 누출에 의하여 발전시스템의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 발전시스템의 제어방법은, 각종 배관에 설치된 개폐밸브의 전방 및 후방에서의 온도 및 압력 중 적어도 어느 하나를 측정하고 그 측정결과에 따라서 과열증기가 개폐밸브를 통하여 누출되는 것을 자동으로 감지하여 그 누출을 알림으로써 개폐밸브를 통한 과열증기의 누출에 의하여 발전시스템의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 발전시스템의 계통도의 일부를 보여주는 개념도이다.
도 2는, 도 1의 발전시스템에서, 주배관에 설치된 배관 부분을 확대한 확대도이다.
도 3은, 도 1의 발전시스템에서, 주배관에 연결된 스팀분리기를 보여주는 확대도이다.
도 4는, 도 1의 발전시스템을 구성하는 배관에서 배관 부분을 확대한 확대도이다.
도 5는, 본 발명에 따른 난방시스템의 계통도의 일부를 도시한 개념도이다.
이하 본 발명에 따른 발전시스템 및 난방시스템의 제어방법에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 발전시스템은, 스팀을 이용하여 발전하는 발전시스템으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 화력, 원자력 등을 이용하여 과열증기를 형성하는 하나 이상의 보일러(100)와, 상기 보일러(100)에서 형성된 과열증기에 의하여 회전되어 발전하는 하나 이상의 스팀터빈(200)과, 상기 보일러(100)에서 형성된 과열증기를 상기 스팀터빈(200)으로 전달하는 하나 이상의 주배관(300)과, 상기 주배관(300)을 따라서 분기되어 상기 주배관(300) 내에 포함된 수분을 배수하는 하나 이상의 배수라인(400)과, 상기 배수라인(400)을 개폐하는 개폐밸브(410)를 포함한다.
상기 보일러(100)는, 과열증기를 형성하는 구성으로서 가열방식에 따라서 다양한 구조가 가능하다.
상기 스팀터빈(200)은, 상기 보일러(100)에서 형성된 과열증기에 의하여 회전되어 발전하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.
특히 상기 스팀터빈(200)은, 발전효율을 높이기 위하여 과열증기의 흐름 및 압력을 기준으로 배치 및 설치 숫자가 다양하게 설정될 수 있다.
상기 주배관(300)은, 상기 보일러(100)에서 형성된 과열증기를 상기 스팀터빈(200)으로 전달하는 구성으로서, 보일러(100) 및 스팀터빈(200)과의 위치 및 배치에 따라서 다양하게 설치될 수 있다.
상기 배수라인(400)은, 상기 주배관(300)을 따라서 분기되어 상기 주배관(300) 내에 포함된 수분을 배수하는 구성으로서 주배관(300)과 유사한 구조로 이루어진다.
특히 상기 배수라인(400)은, 과열증기에 포함된 수분, 즉 물을 배수함을 고려하여 지면에 대하여 주배관(300)과 가장 가까운 쪽, 즉 가장 낮은 부분에서 연결됨이 바람직하다.
한편, 상기 배수라인(400)은, 주배관(300)을 따라서 수분이 발생될 가능성이 있는바 하나 이상으로 설치된다.
상기 개폐밸브(410)는, 발전시스템의 기동 전에 과열증기 내에 수분, 즉 물이 다수 포함됨을 고려하여 배수라인(400)을 통하여 배수하며 주배관(300) 내의 과열증기가 과포화상태에 도달한 경우 배수라인(400)을 닫아 보일러(100)에서 형성된 과포화상태의 과열증기가 스팀터빈(200)으로 유입되도록 한다.
특히 상기 개폐밸브(410)는, 스팀터빈(200) 내로 유입되는데 충분한 압력 및 온도, 즉 과포화상태의 과열증기가 유입될 수 있도록 개폐밸브(410)의 전방 측 배수라인(400) 내의 과열증기가 스팀터빈(200) 내로 유입되는데 충분한 압력 및 온도에 도달한 후에 배수라인(400)을 폐쇄한다.
한편 상기 개폐밸브(410)는, 개방 및 폐쇄가 자동으로 작동될 수 있도록 솔레노이드, 유압밸브, 공압밸브 등에 의하여 개방 및 폐쇄가 구동된다.
또한 상기 개폐밸브(410)는, 후술하는 주제어부(10)에 의하여 유선 및 무선 중 적어도 하나의 통신에 의하여 자동으로 이루어질 수 있도록 주제어부(10)와 유선 및 무선 중 적어도 하나의 통신이 가능한 통신부(미도시) 및 상기 통신부에 의한 제어신호에 따라서 개폐밸브(410)를 제어하는 개폐밸브제어부에 의하여 제어된다.
그리고, 상기 개폐밸브(410)의 전방 측 배수라인(400) 내의 과열증기가 스팀터빈(200) 내로 유입되는데 충분한 압력 및 온도에 도달하였는지 여부는 개폐밸브(410)의 전방 측 배수라인(400) 내의 과열증기의 온도 및 압력 중 적어도 어느 하나, 바람직하게는 온도를 측정하여 판단될 수 있다.
상기 개폐밸브(410)의 전방 측 배수라인(400) 내의 과열증기의 온도 및 압력을 측정하면, 측정된 온도 및 압력을 기준으로 과열증기표를 통하여 개폐밸브(410)의 전방 측 배수라인(400) 내의 과열증기의 상태, 즉 과포화상태 여부를 확인할 수 있다.
즉, 측정된 온도 및 압력을 기준으로 과열증기표를 통하여 개폐밸브(410)의 전방 측 배수라인(400) 내의 과열증기 내의 열량을 계량화하여 미리 설정된 기준 이상의 열량인 경우에 개폐밸브(410)를 개방상태에서 폐쇄할 수 있다.
한편, 상기 개폐밸브(410)의 전방 측 배수라인(400) 내의 과열증기의 상태 측정에 있어서, 압력의 경우 보일러(100) 내의 압력과 동일하게 보아도 무방한바 상기 개폐밸브(410)의 전방 측 배수라인(400) 내의 온도만 측정하여 측정된 온도 및 압력을 기준으로 과열증기표를 통하여 개폐밸브(410)의 전방 측 배수라인(400) 내의 과열증기 내의 열량을 계량화하여 미리 설정된 기준 이상의 열량인 경우에 개폐밸브(410)를 개방할 수 있다.
상기 개폐밸브(410)의 전방 측 배수라인(400) 내의 과열증기의 상태의 측정방법으로는, 개폐밸브(410)의 전방 측 배수라인(400)의 외주면에 온도센서(610)를 설치하여 온도를 측정하고 미리 실험을 통하여 수립된 관계식 또는 데이터를 근거로 개폐밸브(410)의 전방 측 배수라인(400) 내의 과열증기의 온도를 측정할 수 있다.
또한 상기 개폐밸브(410)의 전방 측 배수라인(400) 내의 과열증기의 상태의 다른 측정방법으로는, 개폐밸브(410)의 전방 측 배수라인(400)의 내부로 온도센서(610)를 설치하여 개폐밸브(410)의 전방 측 배수라인(400) 내의 과열증기의 온도를 측정할 수 있다.
한편 상기 개폐밸브(410)의 전방 측 배수라인(400) 내의 과열증기의 상태의 측정결과는 온도센서(610), 압력센서 등과 연결된 통신부(20)에 의하여 주제어부(10)로 유선 및 무선 중 적어도 어느 하나의 방식에 의하여 전달된다.
그리고 상기 주제어부(10)는, 앞서 설명한 바와 같이 개폐밸브(410)의 전방 측 배수라인(400) 내의 과열증기가 스팀터빈(200) 내로 유입되는데 충분한 압력 및 온도에 도달하였는지 여부를 판단하여 유선 및 무선 중 적어도 어느 하나의 통신에 의하여 개폐밸브(410)를 제어한다.
한편 상기 배수라인(400)은, 주배관(300)을 따라서 복수 개로 설치됨이 일반적인바, 주제어부(10)는, 복수의 배수라인(400)들의 각 개폐밸브(410)들 중 보일러(100)에서 가장 가까운 개폐밸브(410)로부터 스팀터빈(200)에 가장 가까운 개폐밸브(430)까지 순차적으로 제어한다.
상기와 같은 개폐밸브(410)의 개폐제어는, 상기 개폐밸브(410)를 기준으로 상기 개폐밸브(410)의 전방 배수라인(400)에 도달된 과열증기의 압력 및 온도 중 적어도 어느 하나의 측정값을 측정하는 측정단계와; 상기 측정단계에서 측정된 측정값을 기준으로 상기 개폐밸브(410)의 전방 배수라인(400)에 도달된 과열증기가 과포화상태인지 여부를 판단하는 과포화상태 판단단계와; 상기 판단단계에서 상기 개폐밸브(410)의 전방 배수라인(400)에 도달된 과열증기가 과포화상태로 판단되면 상기 개폐밸브(410)를 개방하는 밸브개방단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전시스템 제어방법에 의하여 수행될 수 있다.
한편 상기 발전시스템은, 상기 개폐밸브(410)의 전방 측 상기 배수라인(400)과 분기되어 과열증기에 포함된 물을 배출하는 하나 이상의 트림배관(510)과, 상기 트림배관(510)에 설치되어 과열증기에 포함된 물만을 외부로 배출하는 스팀트랩(520)을 추가로 포함할 수 있다.
상기 트림배관(510)은, 상기 개폐밸브(410)의 전방 측 상기 배수라인(400)과 분기되어 과열증기에 포함된 물을 스팀트랩(520)을 통하여 배출하는 구성으로서 배수라인(400)에 연결될 수 있는 배관이면 모두 가능하다.
한편 상기 트림배관(510) 및 스팀트랩(520)은, 개폐밸브(410)와 별도 구성으로 설명되고 있으나, 구성에 따라서 개폐밸브(410)와 일체로 구성될 수 있다.
상기 스팀트랩(520)은, 스팀 분리기(Steam seprator)라고도 하며, 트림배관(510)에 설치되어 과열증기에 포함된 물만을 외부로 배출하는 구성으로 물의 분리 및 배출방식에 따라서 다양한 구성이 가능하다.
한편 상기 스팀터빈(200)에 물이 포함된 과열증기가 유입되는 경우 스팀터빈(200)에 손상을 가할 수 있어 이를 방지하기 위하여 상기 스팀트랩(520)은, 주배관(300)에 연결됨이 일반적이다.
그런데, 상기 스팀트랩(520)은, 물의 배출이 수시로 이루어짐에 따라서 실링부재의 파손, 부품의 변형, 파손 등으로 인하여 스팀트랩(520)을 통한 과열증기의 누출이 일어날 수 있다.
그리고 상기 스팀트랩(520)을 통한 과열증기의 누출은, 발전시스템의 효율을 저하를 야기하게 된다.
이에, 본 발명에 따른 발전시스템의 제어방법은, 스팀트랩(520)을 기준으로 상기 스팀트랩(520)의 전방 및 후방 트림배관(510) 내의 압력 및 온도 중 적어도 어느 하나의 측정값을 측정하여 과열증기의 누출여부를 확인하고 과열증기가 누출된 것으로 판단하여 이상신호를 발생시킬 수 있다.
여기서 상기 스팀트랩(520)을 기준으로 상기 스팀트랩(520)의 전방 및 후방 트림배관(510) 내의 압력 및 온도 중 적어도 어느 하나에 대한 측정방법은, 주배관(300)에서의 온도 및 압력 측정방법과 유사하게 측정할 수 있다.
즉, 상기 스팀트랩(520)의 전방 및 후방 트림배관(510) 내의 압력 및 온도 중 적어도 어느 하나의 측정값을 측정하면, 측정된 온도 및 압력을 기준으로 과열증기표를 통하여 스팀트랩(520)의 후방 측 트림배관(510) 내의 과열증기의 상태를 확인할 수 있다.
또한 측정된 온도 및 압력을 기준으로 과열증기표를 통하여 스팀트랩(520)의 후방 측 트림배관(510) 내의 과열증기의 내의 열량을 계량화하여 스팀트랩(520)을 통하여 과열증기가 누출되고 있는 것을 확인할 수 있다.
한편, 상기 스팀트랩(520)의 전방 및 후방 트림배관(510) 내의 과열증기의 상태 측정에 있어서, 압력의 경우 보일러(100) 내의 압력 및 대기압과 동일하게 보아도 무방한바 상기 스팀트랩(520)의 전방 및 후방 트림배관(510) 내의 온도만 측정하여 측정된 온도 및 압력을 기준으로 과열증기표를 통하여 스팀트랩(520)의 후방 측 트림배관(510) 내의 과열증기 내의 열량을 계량화하여 과열증기의 누출여부를 확인하고 과열증기가 누출된 것으로 판단하여 이상신호를 발생시킬 수 있다.
상기 스팀트랩(520)의 전방 및 후방 트림배관(510) 내의 과열증기의 상태의 측정방법으로는, 트림배관(510)의 외주면에 온도센서(610)를 설치하여 온도를 측정하고 미리 실험을 통하여 수립된 관계식 또는 데이터를 근거로 스팀트랩(520)의 전방 및 후방 트림배관(510) 내의 과열증기의 온도를 측정할 수 있다.
또한 상기 스팀트랩(520)의 전방 및 후방 트림배관(510) 내의 과열증기의 상태의 다른 측정방법으로는, 트림배관(510)의 내부로 온도센서(610)를 설치하여 스팀트랩(520)의 전방 및 후방 트림배관(510) 내의 과열증기의 온도를 측정할 수 있다.
한편, 상기 스팀트랩(520)을 통한 과열증기의 누출을 판단하는 방법으로서, 미리 실험을 통하여 수립된 미리 정상상태의 온도 및 압력관계 등의 관계식 또는 데이터를 근거로 스팀트랩(520)의 전방 및 후방 트림배관(510) 내의 압력 및 온도를 비교하여 스팀트랩(520)을 통한 과열증기의 누출을 판단할 수 있다.
또한 상기 스팀트랩(520)을 통한 과열증기의 누출을 판단하는 방법으로서, 이상이 없는 경우 100℃ 이하의 물만이 배출되므로 측정된 온도가 100℃ 이상으로 측정된 경우 스팀트랩(520)을 통한 과열증기가 누출되고 있는 것으로 판단할 수 있다.
한편 상기 스팀트랩(520)의 후방 측 트림배관(510) 내의 과열증기의 상태의 측정결과는 온도센서(610), 압력센서 등과 연결된 통신부(20)에 의하여 주제어부(10)로 유선 및 무선 중 적어도 어느 하나의 방식에 의하여 전달된다.
그리고 상기 주제어부(10)는, 앞서 설명한 바와 같이 측정된 스팀트랩(520)의 전방 및 후방 트림배관(510) 내의 과열증기의 상태를 판단하여, 스팀트랩(520)을 통한 과열증기의 누출을 판단할 수 있다.
상기와 같은 스팀트랩(520)을 통한 과열증기의 누출의 판단은, 상기 스팀트랩(520)을 기준으로 상기 스팀트랩(520)의 전방 및 후방 트림배관(510) 내의 압력 및 온도 중 적어도 어느 하나의 측정값을 측정하는 측정단계와; 상기 측정단계에서 측정된 측정값을 기준으로 상기 스팀트랩(520)의 후방 트림배관(510) 내에 과열증기가 포함되었는지 여부를 판단하는 과포화상태 판단단계와; 상기 판단단계에서 상기 스팀트랩(520)의 후방 트림배관(510) 내에 과열증기가 포함된 것으로 판단되면 상기 스팀트랩(520)에 이상이 있음을 알리는 이상신호발생단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전시스템 제어방법에 의하여 수행될 수 있다..
상기 주제어부(10)는, 무선 및 유선 중 적어도 어느 하나에 의한 통신을 수행하는 통신부, 보일러(100), 스팀터빈(200)은 물론 개폐밸브(410), 스팀트랩(520)의 가동, 상태 등을 표시하는 디스플레이 등을 포함하여, 개폐밸브(410)의 자동제어, 스팀트랩(520)의 이상유무확인, 스팀트랩(520)의 자동제어, 보일러(100), 스팀터빈(200) 등을 제어하는 구성으로 그 제어방식 등에 따라서 물리적으로 하나 또는 복수개로 구성되는 등 다양한 구성이 가능하다.
한편 상기와 같은 발전시스템의 제어방법은, 발전시스템 내 배수라인(400)이외에 임의의 배관에서의 개폐밸브에서의 스팀누출여부, 발전시스템 이외에 배수라인(400) 및 스팀트랩(520)를 포함한 유사시스템에도 적용될 수 있다.
예로서, 상기와 같은 발전시스템의 제어방법은, 도 4에 도시된 바와 같이, 과열증기를 형성하는 하나 이상의 보일러(100)와, 상기 보일러(100)에서 형성된 과열증기에 의하여 회전되어 발전하는 하나 이상의 스팀터빈(200)과, 상기 보일러(100)에서 형성된 과열증기가 흐르는 하나 이상의 배관(710)과, 상기 배관(710)에 설치되어 상기 배관(710)을 통한 과열증기의 흐름을 개폐하는 하나 이상의 개폐밸브(720)에 적용될 수 있다.
여기서 상기 배관(710)은, 발전시스템 내 임의의 배관으로서 과열증기가 흐르는 배관으로서 개폐밸브(720)가 설치되는 배관이면 모두 가능하다.
아울러, 상기 개폐밸브(720)는, 발전시스템 내에 설치된 배관(710)을 개폐하는 밸브로서, 그 개폐제어는 수동 및 자동 모두 가능하다.
한편, 상기와 같은 구성을 가지는 발전시스템의 제어방법은, 상기 개폐밸브(720)를 기준으로 상기 개폐밸브(720)의 전방 및 후방 배관(710) 내의 압력 및 온도 중 적어도 어느 하나의 측정값을 측정하는 측정단계와; 상기 측정단계에서 측정된 측정값을 기준으로 상기 개폐밸브(720)의 전방으로부터 상기 개폐밸브(720)의 후방 배관(710)으로 과열증기가 누출되었는지 여부를 판단하는 과열증기 누출판단단계와; 상기 과열증기 누출판단단계에서 과열증기가 누출된 것으로 판단되면 상기 개폐밸브(720)에 이상이 있음을 알리는 이상신호발생단계를 포함할 수 있다.
즉, 상기 발전시스템의 제어방법은, 개폐밸브(720)을 기준으로 상기 개폐밸브(720)의 전방 및 후방 배관(710) 내의 압력 및 온도 중 적어도 어느 하나의 측정값을 측정하여 과열증기의 누출여부를 확인하고 과열증기가 누출된 것으로 판단하여 이상신호를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 개폐밸브(720)를 기준으로 상기 개폐밸브(720)의 전방 및 후방 배관(710) 내의 압력 및 온도 중 적어도 어느 하나에 대한 측정방법은, 앞서 설명한 스팀트랩(520) 전후방에서의 온도 및 압력 측정방법과 유사하게 측정할 수 있다.
즉, 상기 개폐밸브(720)의 전방 및 후방 배관(710) 내의 압력 및 온도 중 적어도 어느 하나의 측정값을 측정하면, 측정된 온도 및 압력을 기준으로 과열증기표를 통하여 개폐밸브(720)의 후방 측 배관(710) 내의 과열증기의 상태를 확인할 수 있다.
또한 측정된 온도 및 압력을 기준으로 과열증기표를 통하여 개폐밸브(720)의 후방 측 배관(710) 내의 과열증기의 내의 열량을 계량화하여 개폐밸브(720)를 통하여 과열증기가 누출되고 있는 것을 확인할 수 있다.
한편, 상기 개폐밸브(720)의 전방 및 후방 배관(710) 내의 과열증기의 상태 측정에 있어서, 압력의 경우 보일러(100) 내의 압력 등과 동일하게 보아도 무방한바 상기 개폐밸브(720)의 전방 및 후방 배관(710) 내의 온도만 측정하여 측정된 온도 및 압력을 기준으로 과열증기표를 통하여 개폐밸브(720)의 후방 측 배관(510) 내의 과열증기 내의 열량을 계량화하여 과열증기의 누출여부를 확인하고 과열증기가 누출된 것으로 판단하여 이상신호를 발생시킬 수 있다.
여기서 상기 압력의 경우 보일러(100) 내의 압력 이외에 발전시스템의 제어를 위하여 임의의 특정지점 측정되는 측정압력이 활용될 수 있다.
그리고 상기 측정압력은 배관(710)에 설치된 개폐밸브(720)에 가장 근접된 위치에서 측정된 압력이 바람직함은 물론이다.
상기 개폐밸브(720)의 전방 및 후방 배관(710) 내의 과열증기의 상태의 측정방법으로는, 개폐밸브(720)의 외주면에 온도센서(610)를 설치하여 온도를 측정하고 미리 실험을 통하여 수립된 관계식 또는 데이터를 근거로 개폐밸브(720)의 전방 및 후방 배관(710) 내의 과열증기의 온도를 측정할 수 있다.
또한 상기 개폐밸브(720)의 전방 및 후방 배관(710) 내의 과열증기의 상태의 다른 측정방법으로는, 배관(710)의 내부로 온도센서(610)를 설치하여 개폐밸브(720)의 전방 및 후방 배관(710) 내의 과열증기의 온도를 측정할 수 있다.
또한, 상기 개폐밸브(720)를 통한 과열증기의 누출을 판단하는 방법으로서, 미리 실험을 통하여 수립된 미리 정상상태의 온도 및 압력관계 등의 관계식 또는 데이터를 근거로 개폐밸브(720)의 전방 및 후방 배관(710) 내의 압력 및 온도를 비교하여 개폐밸브(720)를 통한 과열증기의 누출을 판단할 수 있다.
한편 상기 개폐밸브(720)의 후방 측 배관(710) 내의 과열증기의 상태의 측정결과는 온도센서(610), 압력센서 등과 연결된 통신부(20)에 의하여 주제어부(10)로 유선 및 무선 중 적어도 어느 하나의 방식에 의하여 전달된다.
그리고 상기 주제어부(10)는, 앞서 설명한 바와 같이 측정된 개폐밸브(720)의 전방 및 후방 배관(710) 내의 과열증기의 상태를 판단하여, 개폐밸브(720)를 통한 과열증기의 누출을 판단할 수 있다.
상기 주제어부(10)는, 무선 및 유선 중 적어도 어느 하나에 의한 통신을 수행하는 통신부, 보일러(100), 스팀터빈(200)은 물론 개폐밸브(410), 개폐밸브(720)의 가동, 상태 등을 표시하는 디스플레이 등을 포함하여, 개폐밸브(720)의 자동제어, 개폐밸브(720)의 이상유무확인, 보일러(100), 스팀터빈(200) 등을 제어하는 구성으로 그 제어방식 등에 따라서 물리적으로 하나 또는 복수개로 구성되는 등 다양한 구성이 가능하다.
또 다른 예로서, 상기와 같은 발전시스템의 제어방법은, 도 5에 도시된 바와 같이, 과열증기를 형성하는 하나 이상의 보일러(100)와, 상기 보일러(100)에서 형성된 과열증기에 의하여 발열하며 직렬로 연결된 복수의 스팀가열부(900)과, 상기 보일러(100)에서 형성된 과열증기를 상기 복수의 스팀가열부(900)들로 전달하는 하나 이상의 주배관(800)과, 상기 각 스팀가열부(900)의 전방 측에서 분기되어 상기 주배관(800) 내에 포함된 수분을 배수하는 하나 이상의 배수라인(400)과, 상기 배수라인(400)을 개폐하는 개폐밸브(410)와, 상기 개폐밸브(410)의 전방 측 상기 배수라인(400)과 분기되어 과열증기에 포함된 물을 배출하는 하나 이상의 트림배관(510)과, 상기 트림배관(510)에 설치되어 과열증기에 포함된 물만을 외부로 배출하는 스팀트랩(520)을 포함하는 난방시스템에도 적용될 수 있다.
여기서 상기 스팀가열부(900)는, 과열증기가 흐르는 증기관부와, 상기 증기관부와 결합되어 방열면적을 증가시키는 다수의 방열핀으로 구성될 수 있다.
아울러, 상기 스팀가열부(900)는, 방열효과를 높이기 위하여 상기 증기관부 및 상기 방열핀을 향하여 공기유동을 형성하기 위한 공기유동형성부를 추가로 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기와 같은 구성을 가지는 난방시스템의 제어방법은, 상기 스팀트랩(520)을 기준으로 상기 스팀트랩(520)의 전방 및 후방 트림배관(510) 내의 압력 및 온도 중 적어도 어느 하나의 측정값을 측정하는 측정단계와; 상기 측정단계에서 측정된 측정값을 기준으로 상기 스팀트랩(520)의 후방 트림배관(510) 내에 과열증기가 포함되었는지 여부를 판단하는 과포화상태 판단단계와; 상기 판단단계에서 상기 스팀트랩(520)의 후방 트림배관(510) 내에 과열증기가 포함된 것으로 판단되면 상기 스팀트랩(520)에 이상이 있음을 알리는 이상신호발생단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 난방시스템의 제어방법은, 스팀트랩(520) 및 트림배관(510)이 설치된 발전시스템의 제어방법과 실질적으로 동일한바 자세한 설명은 생략한다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
100 : 보일러 200 : 스팀터빈
300 : 주배관 410, 420, 430 : 주배관
510 : 트랩배관 520 : 스팀트랩

Claims (5)

  1. 과열증기를 형성하는 하나 이상의 보일러(100)와, 상기 보일러(100)에서 형성된 과열증기에 의하여 회전되어 발전하는 하나 이상의 스팀터빈(200)과, 상기 보일러(100)에서 형성된 과열증기를 상기 스팀터빈(200)으로 전달하는 하나 이상의 주배관(300)과, 상기 주배관(300)을 따라서 분기되어 상기 주배관(300) 내에 포함된 수분을 배수하는 하나 이상의 배수라인(400)과, 상기 배수라인(400)을 개폐하는 개폐밸브(410)를 포함하는 발전시스템에 있어서,
    상기 개폐밸브(410)를 기준으로 상기 개폐밸브(410)의 전방 배수라인(400)에 도달된 과열증기의 압력 및 온도 중 적어도 어느 하나의 측정값을 측정하는 측정단계와;
    상기 측정단계에서 측정된 측정값을 기준으로 상기 개폐밸브(410)의 전방 배수라인(400)에 도달된 과열증기가 과포화상태인지 여부를 판단하는 과포화상태 판단단계와;
    상기 판단단계에서 상기 개폐밸브(410)의 전방 배수라인(400)에 도달된 과열증기가 과포화상태로 판단되면 상기 개폐밸브(410)를 개방하는 밸브개방단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전시스템 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 발전시스템은,
    상기 개폐밸브(410)의 전방 측 상기 배수라인(400)과 분기되어 과열증기에 포함된 물을 배출하는 하나 이상의 트림배관(510)과, 상기 트림배관(510)에 설치되어 과열증기에 포함된 물만을 외부로 배출하는 스팀트랩(520)을 추가로 포함하며,
    상기 스팀트랩(520)을 기준으로 상기 스팀트랩(520)의 전방 및 후방 트림배관(510) 내의 압력 및 온도 중 적어도 어느 하나의 측정값을 측정하는 측정단계와;
    상기 측정단계에서 측정된 측정값을 기준으로 상기 스팀트랩(520)의 후방 트림배관(510) 내에 과열증기가 포함되었는지 여부를 판단하는 과포화상태 판단단계와;
    상기 판단단계에서 상기 스팀트랩(520)의 후방 트림배관(510) 내에 과열증기가 포함된 것으로 판단되면 상기 스팀트랩(520)에 이상이 있음을 알리는 이상신호발생단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발전시스템 제어방법.
  3. 과열증기를 형성하는 하나 이상의 보일러(100)와, 상기 보일러(100)에서 형성된 과열증기에 의하여 회전되어 발전하는 하나 이상의 스팀터빈(200)과, 상기 보일러(100)에서 형성된 과열증기를 상기 스팀터빈(200)으로 전달하는 하나 이상의 주배관(300)과, 상기 주배관(300)을 따라서 분기되어 상기 주배관(300) 내에 포함된 수분을 배수하는 하나 이상의 배수라인(400)과, 상기 배수라인(400)을 개폐하는 개폐밸브(410)와, 상기 개폐밸브(410)의 전방 측 상기 배수라인(400)과 분기되어 과열증기에 포함된 물을 배출하는 하나 이상의 트림배관(510)과, 상기 트림배관(510)에 설치되어 과열증기에 포함된 물만을 외부로 배출하는 스팀트랩(520)을 포함하는 발전시스템에 있어서,
    상기 스팀트랩(520)을 기준으로 상기 스팀트랩(520)의 전방 및 후방 트림배관(510) 내의 압력 및 온도 중 적어도 어느 하나의 측정값을 측정하는 측정단계와;
    상기 측정단계에서 측정된 측정값을 기준으로 상기 스팀트랩(520)의 후방 트림배관(510) 내에 과열증기가 포함되었는지 여부를 판단하는 과포화상태 판단단계와;
    상기 판단단계에서 상기 스팀트랩(520)의 후방 트림배관(510) 내에 과열증기가 포함된 것으로 판단되면 상기 스팀트랩(520)에 이상이 있음을 알리는 이상신호발생단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전시스템 제어방법.
  4. 과열증기를 형성하는 하나 이상의 보일러(100)와, 상기 보일러(100)에서 형성된 과열증기에 의하여 회전되어 발전하는 하나 이상의 스팀터빈(200)과, 상기 보일러(100)에서 형성된 과열증기가 흐르는 하나 이상의 배관(710)과, 상기 배관(710)에 설치되어 상기 배관(710)을 통한 과열증기의 흐름을 개폐하는 하나 이상의 개폐밸브(720)를 포함하는 발전시스템의 제어방법으로서, 상기 개폐밸브(720)를 기준으로 상기 개폐밸브(720)의 전방 및 후방 배관(710) 내의 압력 및 온도 중 적어도 어느 하나의 측정값을 측정하는 측정단계와; 상기 측정단계에서 측정된 측정값을 기준으로 상기 개폐밸브(720)의 전방으로부터 상기 개폐밸브(720)의 후방 배관(710)으로 과열증기가 누출되었는지 여부를 판단하는 과열증기 누출판단단계와; 상기 과열증기 누출판단단계에서 과열증기가 누출된 것으로 판단되면 상기 개폐밸브(720)에 이상이 있음을 알리는 이상신호발생단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전시스템의 제어방법.
  5. 과열증기를 형성하는 하나 이상의 보일러(100)와, 상기 보일러(100)에서 형성된 과열증기에 의하여 발열하며 직렬로 연결된 복수의 스팀가열부(900)과, 상기 보일러(100)에서 형성된 과열증기를 상기 복수의 스팀가열부(900)들로 전달하는 하나 이상의 주배관(800)과, 상기 각 스팀가열부(900)의 전방 측에서 분기되어 상기 주배관(800) 내에 포함된 수분을 배수하는 하나 이상의 배수라인(400)과, 상기 배수라인(400)을 개폐하는 개폐밸브(410)와, 상기 개폐밸브(410)의 전방 측 상기 배수라인(400)과 분기되어 과열증기에 포함된 물을 배출하는 하나 이상의 트림배관(510)과, 상기 트림배관(510)에 설치되어 과열증기에 포함된 물만을 외부로 배출하는 스팀트랩(520)을 포함하는 난방시스템에 있어서,
    상기 스팀트랩(520)을 기준으로 상기 스팀트랩(520)의 전방 및 후방 트림배관(510) 내의 압력 및 온도 중 적어도 어느 하나의 측정값을 측정하는 측정단계와;
    상기 측정단계에서 측정된 측정값을 기준으로 상기 스팀트랩(520)의 후방 트림배관(510) 내에 과열증기가 포함되었는지 여부를 판단하는 과포화상태 판단단계와;
    상기 판단단계에서 상기 스팀트랩(520)의 후방 트림배관(510) 내에 과열증기가 포함된 것으로 판단되면 상기 스팀트랩(520)에 이상이 있음을 알리는 이상신호발생단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 난방시스템의 제어방법.
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KR20220144166A (ko) 2021-04-19 2022-10-26 한국전력공사 증기 과열도 감시를 통한 증기터빈 습증기 유입 방지 시스템 및 방법

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