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문제 정의
- Foster Wheeler, Alstom 그리고 중국의 보일러 회사와 대학에서 제안된 대용량 순환유동상 설계 안에 대해 그 특징을 나열하고 정리하였다. 먼저 스케일업 전략과 증기 계통도, 사이클론 및 외부 열교환기 배치와 관련된 특징들을 정리하였다.
- 본 연구는 주도적인 역할을 하고 있는 회사들의 디자인과 방안들을 살펴보고 제시된 해법들의 개념을 비교 평가하여 대형화 문제 해결 방안의 가이드 라인을 마련하고자 한다. 순환유동상 보일러 디자인 개념을 수력학적 측면에서의 대형화 방안과 열회수 측면에서의 열 배분으로 크게 두 가지 방향으로 비교한다.
- 일반적인 순환유동상 보일러는 절탄기, 증발기, 과열기, 재열기와 공기예열기의 열교환을 위한 구성 요소로 이루어져있다. 열 설계의 목표는 각각의 보일러 구성요소의 열전달 면적을 결정하고, 열부하와 열전달계수를 결정하는 것이다[20]. 열설계의 첫 단계는 보일러 전열 면적의 여러 구성요소의 열부하를 결정하는 것으로, 각 구성요소의 열부하는 보일 러의 증기 조건에 따라 달라지며, 일반적으로 각각의 구성요소의 열부하를 얻기 위해서는 필요한 증기량과 최종과열기의 온도와 압력 최종재열기의 온도와 압력 그리고 절탄기로 유입되는 공급수의 온도가 필요하다.
- 또한 증기 계통 특징과 초임계압 혹은 초초임계압의 증기 조건에 따른 열 배분을 알아보고 이를 통해 각 보일러의 외부 열교환기의 열부하율과 보일러 요소 별로 열부 하를 알아본다. 이를 통해 대형 순환유동상 보일러의 설계 방향에 대해 토론한다.
가설 설정
- Table 2는 Foster Wheeler사와 Shanghai Boiler, Zhejiang 대학의 순환유동상 보일러 설계 안의 설계 탄의 성상과 간단한 보일러 규격을 이용하여 유량을 계산하고 연소실의 온도가 850℃로 가정하여 공탑 속도를 계산하였다. 일반적인 상용 유동상 보일러의 공탑속도 범위는 약 4~6 m/s이고, 계산을 수행한 대용량 보일러의 설계 안 또한 유사한 범위에서 운전되고 있음을 보인다.
- 대상 설비로는 Foster Wheeler의 460 MWe와 800 MWe 순환 유동상 보일러의 설계 안과 Shanghai 보일러 그리고 Zhejiang 대학의 설계 안을 선정하였다. 각 각의 보일러 연소실 크기를 나타내었고, 평균 열전달계수로는 150 W/m2℃로 가정하여 증발기 열부하의 값을 고려하여 필요 전열 면적을 계산하였다. 계산 결과 Foster Wheeler 800 MWe 순환유동상 보일러 설계 안의 경우 가장 작은 값인 0.
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