밸브 조절 방법(METHOD FOR REGULATING A VALVE)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2014년06월17일
(11) 등록번호 10-1408530
(24) 등록일자 2014년06월10일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
G05D 23/13 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2012-7021313
(22) 출원일자(국제) 2011년02월15일
심사청구일자 2012년08월14일
(85) 번역문제출일자 2012년08월14일
(65) 공개번호 10-2012-0107135
(43) 공개일자 2012년09월28일
(86) 국제출원번호 PCT/EP2011/052185
(87) 국제공개번호 WO 2011/098613
국제공개일자 2011년08월18일
(30) 우선권주장
10001533.8 2010년02월15일
유럽특허청(EPO)(EP)
(56) 선행기술조사문헌
EP0669566 A1
JP1983168111 A
(73) 특허권자
지멘스 악티엔게젤샤프트
독일 뮌헨 80333 비델스파허프라쯔 2
(72) 발명자
미누트 슈테판
독일 45475 뮐하임 안 데어 루르 카롤리넨슈트라
쎄 25
리만 슈테판
독일 41564 카르스트 빌리혀 슈트라쎄 3
로테 클라우스
독일 46459 레스 카스묄슈트라쎄 14
(74) 대리인
안국찬, 양영준
전체 청구항 수 : 총 8 항 심사관 : 김문성
(54) 발명의 명칭 밸브 조절 방법
(57) 요 약
본 발명은 증기 바이패스 밸브(46)를 조절하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법에서는 이하의 식
I( )이 결정되며, 여기서 FBmax는 최대 물 부족량이고, 식 II( )는 증기 파이
프(44) 내에 도입된 물의 양이고, 식 III( )은 물의 목표량이고, tRest,0가 값 Δt 미만일 때 밸브가 폐쇄
된다.
대 표 도 - 도1
등록특허 10-1408530
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특허청구의 범위
청구항 1
밸브(46)를 조절하기 위한 방법이며,
상기 밸브(46)는 증기 라인(44) 내에 배열되고,
상기 증기 라인(44)은 물을 분무하기 위한 장치(48)를 포함하고,
물의 실제량( )과, 물의 목표량( )과, 최대 물 부족량(FBmax)이 결정되고,
물의 목표량( )과 물의 실제량( )의 차와 최대 물 부족량(FBmax)의 비(tRest,0)가 식
에 따라 산출되고, tRest,0가 값 Δt보다 작으면 상기 밸브(46)가 폐쇄되는,
밸브 조절 방법.
청구항 2
제1항에 있어서, 최대 물 부족량(FBmax)은 식 에 따라 최대 물 분무량( )과 최
대 시간(tmax,0) 사이의 곱셈으로부터 산출되는, 밸브 조절 방법.
청구항 3
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 값 Δt는 사이클률이고, 물의 실제량( ) 및 물의 목표량( )은
각각의 사이클률(Δt)에 따라 결정되는, 밸브 조절 방법.
청구항 4
제3항에 있어서, 각각의 사이클률(Δt)에 따라 잔여 시간(tRest,i)이 결정되고, 잔여 시간(tRest,i)이 값 Δt 미만
이면 밸브는 폐쇄되며,
i는 0에서 시작하는 루프의 카운팅을 나타내며, 상기 카운팅에 따라 잔여 시간(tRest,i)이 각각 계산되는, 밸브
조절 방법.
청구항 5
제4항에 있어서, 잔여 시간(tRest,i)은 이하의 식,
에 따른 루프에 따라 결정되는, 밸브 조절 방법.
청구항 6
제4항에 있어서, 잔여 시간(tRest,i)은 사다리꼴 공식에 따라 결정되는, 밸브 조절 방법.
등록특허 10-1408530
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청구항 7
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 증기 라인(44) 내로 분무되는 물은 상기 증기 라인(44) 내에서 유동하는 증기
를 냉각하기 위해 제공되는, 밸브 조절 방법.
청구항 8
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 최대 부족량(FBmax)은 냉각을 위해 증기 라인(44) 내로 분무되는 물의 최대 체
적 부족량을 표현하며, 이하의 식,
에 따라 결정되고, 는 물의 최대 분무량이고, tmax,0는 물 분무가 실시되지 않는 최대 시간인, 밸브 조
절 방법.
명 세 서
기 술 분 야
본 발명은 밸브 조절 방법에 관한 것으로서, 밸브는 증기 라인 내에 배열되고, 증기 라인은 물을 분무하기 위한[0001]
장치를 갖는다.
배 경 기 술
화력 발전소의 시동 및 작동 가속 시에, 증기를 발생시키기 위해 설계된 발전소의 보일러는 초기에 일반적으로[0002]
30% 내지 40%에 달하는 최소 부하에서 작동한다. 이 작동 가속 단계 중에 발생된 생증기(live steam)는 이 경
우에 소위 바이패스 모드에서 통상적으로 초기에 증기 터빈을 우회하여 응축기에 직접 안내된다. 재가열기를
갖는 설비에서는, 이 경우에 생증기가 고압 바이패스 스테이션을 경유하여 안내되고, 저온 레벨로 분무 냉각된
다음 재가열기의 냉각 라인 내로 유도된다. 재가열기의 고온 라인을 떠나는 증기는 중간압 바이패스 스테이션
을 경유하여 안내되고 물 분무에 의해 냉각되어, 응축기 내로 유도된다. 통상적으로 약 20 bar 내지 30 bar에
달하는 재가열 내의 고압 레벨의 결과로서, 연도 가스가 공급되는 재가열기 튜브의 효율적인 냉각이 보장된다.
증기 터빈 설비의 작동을 위해, 증기의 순도에 대한 높은 요구가 부과되어야 한다. 특히, 증기 내에 미립자 고[0003]
체가 혼입되지 않도록 해야 한다. 이러한 고체 미립자는 증기 터빈 및 다른 설비 부품에 손상을 초래할 수 있
다. 손상은 특히 터빈의 블레이드에서 발생된다.
약간의 과열을 성취하기 위해, 중간압 바이패스 증기 라인을 경유하여 안내되는 증기량이 저온 레벨로 냉각되는[0004]
것이 필요하다. 이는 바이패스 증기 라인 내의 바이패스 증기에 물이 분무되어야 함을 의미한다. 그러나, 이
는 분무될 물의 양의 신뢰적이고 직접적인 이용 가능성을 필요로 한다. 더욱이, 고속 물 분무 밸브 및 신뢰적
인 측정 기술이 요구된다.
분무될 물이 완전히 소모될 경우, 어떠한 손상도 발생하지 않도록 예방 조치가 취해져야 한다. 현존하는 물 분[0005]
무 보호 장치는 단지 분무될 물의 완전한 소모만 고려되는 방식으로 설계된다.
필요한 물의 양이 일시적으로 부족한 상태도 고장인 것으로 간주되며, 이는 최악의 경우에 바이패스 증기 라인[0006]
의 완전한 폐쇄를 초래할 수 있고 심지어 트립(trip)을 유도할 수 있다. 즉, 결과적으로 전체 발전소의 셧오프
가 발생할 수 있다.
바이패스 스테이션의 비상 정지가 개시되면 트립(trip)의 발생 시, 가스 터빈의 점검 간격 또는 수명에 영향을[0007]
미칠 수 있다.
현재의 예방 조치에 의해서는, 목표값의 90%를 초과하는 물의 양이 이미 확보되어 그러한 비상 정지가 필요하지[0008]
않음에도 바이패스 스테이션의 비상 정지가 실행될 확률이 매우 높다.
발명의 내용
해결하려는 과제
등록특허 10-1408530
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본 발명은 이러한 관점에서 수행된 것이고, 본 발명의 과제는 밸브의 조기 폐쇄가 회피되는 방식으로 바이패스[0009]
스테이션의 비상 정지가 실행되도록 하는 밸브 조절 방법을 개시하는 것이다.
과제의 해결 수단
상기 과제는 청구항 1에 따른 밸브 조절 방법에 의해 해결된다. 이 경우에, 밸브는 증기 라인 내에 배열되고,[0010]
증기 라인은 물을 분무하기 위한 장치를 포함하고, 물의 실제량( )과, 물의 목표량( )과, 최대
물 부족량(FBmax)이 결정되며, 물의 목표량( )과 물의 실제량( )의 차와 최대 물 부족량(FBmax)의
비(tRest,0)가 식 에 따라 산출되고, tRest,0가 값 Δt보다 작으면 밸브가 폐쇄된
다.
본 발명은 현재의 예방 조치가 특정 시간(tmax) 동안 충분한 물 분무량 없이도 바이패스 스테이션의 작동을 허용[0011]
한다는 사상에 기초한다. 전술된 예방 조치는 바이패스 스테이션 내의 물 분무량 및 증기량에 독립적으로 적용
되는데, 즉 최대 증기량 및 완전히 소모된 물 분무량에 대해서도 예방 조치가 가능하다.
고장의 결과로서 물 분무량이 부족하면, 이는 냉각이 실행되지 않게 한다. 냉각 부재는 증발수의 엔탈피 편차[0012]
와 관련하여 부족량(FB)이라 지칭되며, 이하의 식 에 의해 설명되는, 시간 경과에 따른
부족량의 적분에 의해 도출된다. 상기 식에서 은 물 유량을 칭하고, 는 물의 실제량을 칭한다.
최대 허용 가능한 부족량은 이하의 식 에 의해 도출되고, tmax,0는 물 분무가 없는 최대[0013]
시간을 표현한다. 비상 정지의 개시까지 누적된 부족량은 이하의 식 에
따라 계산된다.
최대 허용 가능한 부족량에 도달하기 위해 허용된 최대 시간은 적분으로 결정된 부족량이 최대 허용 가능한 부[0014]
족량과 같을 때 도달되는 것이 필수적이다. 이는 식, 이 충족되면 성
취된다.
상기 식을 tmax,0에 따라 풀면, 최대 허용된 시간이 결정될 수 있다. 그러나 이 경우, 결정된 물의 양([0015]
및 )이 이하의 식 에 순응하는 예방 조치가 충족되어야 하는데, 이는 물의 실제량이 너무 낮
음을 의미한다. 본 발명에 따르면, 현재 부족한 물 분무량( )이 지정된 시간 간격(Δt) 내에
서 계산되고, 최종 누적된 부족량은 허용 가능한 잔여 시간으로 변환된다. 이 계산된 잔여 시간이 사이클률(Δ
t) 미만으로 감소하면, 밸브가 폐쇄된다.
유리한 개량은 종속 청구항에 개시되어 있다.[0016]
제1 유리한 개량에서, 최대 물 부족량(FBmax)은 식 에 따라 최대 물 분무량과 최대 시[0017]
간 사이의 곱셈으로부터 산출된다.
다른 유리한 개량에서, 물의 실제량( ) 및 물의 목표량( )은 각각의 사이클률(Δt)에 따라 결정[0018]
등록특허 10-1408530
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된다. 이 사이클률은 본 발명에 따라 선택적으로 선택될 수 있는데, 이는 제어의 정확성에 영향을 미친다. 더
짧은 사이클률은 어떠한 경우든 더 긴 사이클률(Δt)을 갖는 제어보다 더 정확한 제어를 유도한다.
유리한 개량에 따르면, 각각의 사이클률(Δt)에 따라, 잔여 시간(tRest,i)이 결정되고, 잔여 시간(tRest,i)이 값 Δ[0019]
t 미만이면 밸브는 폐쇄되며, i는 0에서 시작하는 루프의 카운팅을 나타내며, 상기 카운팅에 따라 잔여 시간
(tRest,i)이 각각 계산된다. 이는, 단 하나의 기준만 충족되어서는 밸브의 폐쇄가 달성될 수 없도록 하는 적분이
수행되는 장점을 갖는다.
본 발명에 따르면, 잔여 시간(tRest,i)은 사다리꼴 공식에 따라 결정된다.[0020]
본 발명이 개략적인 도면을 참조하여 더 상세히 설명된다. 본 발명의 예시적인 실시예는 도면을 참조하여 더[0021]
상세히 설명된다.
도면의 간단한 설명
도 1은 증기 발전소의 구조를 도시하는 도면이다.[0022]
도 2는 개략 흐름도를 도시하는 도면이다.
도 3 및 도 4는 시간축 상에 나타낸 그래프이다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
도 1은 본 발명에 따른 증기 발전소(10)의 구성을 개략적으로 도시한다. 증기 발전소(10)는 특히 보일러(12),[0023]
고압 터빈(14), 중간압 터빈(16), 저압 터빈(18), 상세히 도시되지 않은 발전기, 응축기(22) 및 생증기 라인
(28)을 포함한다. 보일러(12) 내에 발생된 생증기는 생증기 라인(28)을 경유하여 그리고 생증기 밸브(30)를 경
유하여 고압 터빈 섹션(14)으로 안내된다. 고압 터빈(14)의 하류측에서는 유출 증기가 재가열기(32)에 도달하
고, 거기로부터 중간압 터빈 섹션(16) 에 도달한다. 중간압 터빈 섹션(16)의 출구는 저압 터빈 섹션(18)의 입
구에 유동 연결된다. 저압 터빈 섹션(18)으로부터 배출되는 증기는 저압 라인(34)을 통해 응축기(22)에 유동
연결된다.
응축기(22) 내에서 증기가 응축되어 물을 형성하고, 펌프(36)를 경유하여 보일러(12)에 재차 유도되고, 그 결과[0024]
물-증기 사이클이 완료된다.
증기 발전소(10)의 시동 또는 스타트 시, 생증기는 바이패스 라인(38)을 통해 고압 터빈(14)을 우회하여 냉간[0025]
재가열기 라인(40) 내로 직접 안내된다. 재가열기(32)의 하류측에 구성된 고온 재가열기 라인(42)은 IP 바이패
스 스테이션(44)을 경유하여 응축기(22)에 유동 연결된다. 이 IP 바이패스 스테이션(44) 내에는 IP 바이패스
스테이션(44) 내로 물을 분무하기 위한 장치(48) 및 IP 바이패스 밸브(46)가 형성된다.
증기 발전소(10)의 시동 또는 작동 가속 시, 보일러(12)는 초기에 최소 부하(대부분의 경우에 30% 내지 40% 부[0026]
하)에서 작동되는데, 발생되는 증기는 통상적으로 초기에 고압 터빈(14)을 우회하여 안내된다(바이패스 모드).
바이패스 모드는 이 경우에 고압 터빈(14)의 증기 유입 섹션 내에 배열된 긴급 정지 밸브(31)를 폐쇄함으로써
실현되고, 여기서 생증기가 고압 바이패스 스테이션(38) 또는 바이패스 라인(38)을 경유하여 안내되고, 저온 레
벨로 분무 냉각되고, 이어서 재가열기(32)로, 구체적으로는 우선 재가열기의 냉간 라인(40)으로 공급된다. 재
가열기의 고온 라인(42)을 떠나는 증기는 중간압 바이패스 스테이션(44)을 경유하여 안내되고 분무된 물에 의해
냉각된 후에 응축기(22) 내로 유도된다. 재가열기(32) 내의 고압 레벨의 결과로서, 연도 가스가 공급되는 재가
열기 튜브의 효과적인 냉각이 보장된다.
밸브(46)의 제어는 이하에 설명된 바와 같이 수행된다. 먼저, 초 단위의 사이클률(Δt)이 미리 결정되거나 설[0027]
정되고, 최대 허용 가능한 부족량(FBmax)이 또한 계산되는데, 이 부족량은 이하의 식에 의한 제1 근사에서 결정
될 수 있다.
[0028]
후속의 단계에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 가 미만인 조건이 충족되면 0인 시간(t0)이 설정[0029]
된다. 이는 IP 바이패스 스테이션(44) 내로 안내되는 장치(48) 내 물 수요량이 물의 목표량 미만이 되자마자,
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적분이 시작되는 것을 의미한다. 처음에는 물의 양이 특성 곡선으로부터 결정된다. 이어서, 측정을 통해 물의
실제량이 결정된다. 이어서 잔여 시간의 계산 이 이어서 수행된다.
추가의 적분을 위해, 숫자 변수 i가 0으로 설정된다. 이어서 잔여 시간이 사이클률보다 큰지의 여부가 판정된[0030]
다. 잔여 시간이 사이클률보다 크면, 이 경우에 "예"는 도 2에 도시된 바와 같이 추가의 계산으로 이어진다.
이는 인덱스 i가 1만큼 증가되고, 잔여 시간은 사다리꼴 공식에 따라 재계산됨을 의미한다. 이를 위해, 박스
50 내에 제시되어 있는 식이 사용된다.
도 3 및 도 4는 개별 변수의 상이한 특성 곡선을 도시한다.[0031]
도 3은 시간 스케일(52)로 목표값(54) 및 최대 부족량(FBmax)(56)의 특성 곡선을 도시한다.[0032]
t0 미만인 시간(t)에에는 분무수가 전혀 가용하지 않은데, 이는 t0까지의 시간 내에 분무수(55)가 부족함을 의미[0033]
한다. 시점(t0)부터 적분이 시작되는데, 이는 곡선(58)에 의해 표현되고 시점(tmax)에 비상 정지를 유도한다.
바이패스 비상 정지의 시작은 곡선(60)에 의해 표현된다. 도 3은 물의 체적의 100% 부족량이 존재하는 상황을
표현한다. 이는 예를 들어 밸브가 요구에도 불구하고 "폐쇄된" 위치에 잔류하는 것을 의미한다.
도 4는 짧은 시간 간격 이내에 분무수의 반복적인 결여를 도시한다. 시점(t0)에, 적분(62)의 시작이 개시된다.[0034]
적분자(64)는 초기에 급격하게 진행하다가 이어서 감소한다. 이 시간 동안 실제값(66)은 목표값 위에 놓인다.
이는 이 시간 동안에 비상 정지가 필요하지 않다는 것을 의미한다. 시점(t2)에 실제값이 목표값 미만으로 재차
강하되자마자, 적분이 계속 진행되고, 이는 적분자(64)의 선형 상승에 의해 표현되어 있다. 시점(t3)에서 실제
값이 재차 목표값보다 크면, 적분자는 재차 감소하는데, 이는 단차형 라인에 의해 표현되어 있다.
시점(t4)에서, 실제값은 재차 목표값 미만이 되고, 이는 재차 적분자의 상승을 유도한다. 적분자는 값
FBmax(70)으로 상승하고, 이는 시점(tmax)에 비상 정지(72)가 실행되도록 한다.
도면
도면1
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도면2
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도면3
도면4
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