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대기 조건에 따른 공랭식 응축기 성능 저하 개선 연구
Study on Performance Improvement Air Cooled Condenser Considering Ambient Condition 원문보기

대한기계학회 논문집. C, 산업기술과 혁신, v.3 no.3, 2015년, pp.201 - 207  

차훈 (현대중공업 중앙기술원 기반기술연구소) ,  류광년 (현대중공업 중앙기술원 기반기술연구소) ,  김정래 (현대중공업 중앙기술원 기반기술연구소)

초록
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공랭식 응축기(ACC, Air Cooled Condenser)는 공기를 냉매로 이용하여 저압 스팀을 응축하는 설비로써 사막이나 내륙 등 물이 부족한 지역에서 주로 사용된다. 공랭식 응축기의 성능은 풍속이나 대기온도와 같은 외기 조건에 의해 크게 영향을 받으므로 성능 저하 개선을 위해 여러 장치들이 설치된다. 본 연구에서는 풍속에 의한 ACC 성능 변화를 확인하고 윈드 스크린에 의한 성능 개선 효과를 분석하기 위해 CFD 해석을 수행하였다. CFD 는 질량 보존, 운동량 보존 등 미분방정식을 차분방정식으로 변환하여 검사 체적에 대해 속도, 온도 등을 계산하는 기법이다. 풍속이 3m/s 에서 7m/s 로 상승할 때, ACC 에 설치된 팬 공급 유량은 약 15.76% 감소하며 ACC 유입 공기 온도는 $5.55^{\circ}C$ 증가한다. 윈드 스크린을 적절히 설치한 경우, 풍속이 7m/s 이고 윈드 스크린이 설치되지 않은 경우에 비해 팬 공급 유량이 약 5.18% 증가하며 ACC 유입 공기 온도 상승은 $2.08^{\circ}C$ 감소하는 효과가 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Air cooled condenser for power plant is used at inland area of desert or mountainous area because condenser coolant like sea water is not necessary. However, the performance of air cooled condenser is influenced by ambient condition such as wind speed and air temperature. Therefore, various devices ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 공랭식 응축기에 대해 CFD 해석을 수행하여 풍속 증가에 따른 응축기의 팬 공기 유입량 감소 문제를 확인하였으며 이를 해결하기 위해 응축기에 윈드 스크린(Wind screen)을 설치하여 풍속증가에 따른 팬 공기 유입량 감소를 개선하고 고온 배출 공기 재순환을 감소시켜 공랭식 응축기에 유입되는 공기 온도 증가를 억제하고자 하였다.
  • 공랭식 응축기는 내륙, 사막 등 물을 구하기 어려운 곳에서 주로 사용되며 공기를 냉매로 사용하므로 풍속 등 대기 조건에 의해 영향을 받는다. 본 연구에서는 풍속 증가에 따른 공랭식 응축기 성능 저하 개선 방안 마련을 위해 CFD 해석을 수행하였으며 그 결과는 다음과 같다.

가설 설정

  • 공랭식 응축기의 열교환기 튜브 번들은 단면이 미세 삼각 덕트의 형태로 되어 있으며 튜브의 실제 형상을 모사할 경우 격자 개수가 크게 늘어나기 때문에 실제 튜브 번들 형상을 고려하여 해석을 수행하는 것은 어렵다. 따라서 열교환기 튜브 번들을 다공성 물질(Porous media)로 가정하고 압력 손실 계수(25.86)을 입력하여 해석을 수행하였다.
  • 또한 열교환기에서 발생하는 열 전달량은 공기에 대한 열 생성항(heat source)로 가정하여 적용하였다. 실제 열교환기에서는 공기 온도 등 여러 인자에 의해 열교환 성능이 달라지며 이에 따라 열 전달량도 변화하지만, 본 연구에서는 외기 온도에 의한 영향은 고려하지 않고 풍속에 의한 영향만을 고려하기 위해 유입 공기 온도에 관계 없이 열 전달량이 일정하다고 가정하여 해석을 수행하였다.
  • 또한 열교환기에서 발생하는 열 전달량은 공기에 대한 열 생성항(heat source)로 가정하여 적용하였다. 실제 열교환기에서는 공기 온도 등 여러 인자에 의해 열교환 성능이 달라지며 이에 따라 열 전달량도 변화하지만, 본 연구에서는 외기 온도에 의한 영향은 고려하지 않고 풍속에 의한 영향만을 고려하기 위해 유입 공기 온도에 관계 없이 열 전달량이 일정하다고 가정하여 해석을 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
공랭식 응축기의 성능이 중요한 이유는? 공랭식 응축기는 수랭식 응축기에 비해 설치 지역의 제약을 적게 받고, 설비가 상대적으로 단순하여 설치비용이 절감되는 등의 이점을 가지고 있으나 대기 조건이 응축기 성능에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 응축기 성능이 대기 조건에 의해 변화하면 발전량 등 플랜트 성능에도 영향을 미치게 된다.
공랭식 응축기는 무엇인가? 공랭식 응축기(ACC, Air Cooled Condenser)는 공기를 냉매로 이용하여 저압 스팀을 응축하는 설비로써 사막이나 내륙 등 물이 부족한 지역에서 주로 사용된다. 공랭식 응축기의 성능은 풍속이나 대기온도와 같은 외기 조건에 의해 크게 영향을 받으므로 성능 저하 개선을 위해 여러 장치들이 설치된다.
공랭식 응축기의 성능은 무엇에 의해 크게 영향을 받는가? 공랭식 응축기(ACC, Air Cooled Condenser)는 공기를 냉매로 이용하여 저압 스팀을 응축하는 설비로써 사막이나 내륙 등 물이 부족한 지역에서 주로 사용된다. 공랭식 응축기의 성능은 풍속이나 대기온도와 같은 외기 조건에 의해 크게 영향을 받으므로 성능 저하 개선을 위해 여러 장치들이 설치된다. 본 연구에서는 풍속에 의한 ACC 성능 변화를 확인하고 윈드 스크린에 의한 성능 개선 효과를 분석하기 위해 CFD 해석을 수행하였다.
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참고문헌 (5)

  1. Van Rooyen, J.A. and Kroger, D.G., 2008, "Performance Trends of an Air-Cooled Steam Condenser Under Windy Conditions," J. Eng. For Gas Turbines Power, Vol. 53, 023006. 

  2. Hotchkiss, P.J., Meyer, C.J. and von Backstrom, T.W., 2006, "Numerical Investigation into the Effect of Cross-Flow on the Performance of Axial Flow Fans in Forced Draught Air-Cooled Heat Exchangers," Appl. Thermal Eng., Vol. 26, pp. 200-208. 

  3. Duvenhage, K. and Kroger, D.G., 1996, "The Influence of Wind on the Performance of Forced Draught Air-Cooled Heat Exchangers," J. Wind Eng. Ind. Aero., Vol. 62, pp. 259-277. 

  4. Yang, L.J., Du, X.Z. and Yang, Y.P., 2012, "Wind Effect on the Thermo-Flow Performances and Its Decay Characteristics for Air-Cooled Condensers in a Power Plant," Int. J. of Thermal Sciences, Vol. 53, pp. 175-187. 

  5. Shih, T.H., Liou, W.W., Shabbir, A., Yang, Z. and Zhu, J., 1995, "A New k-Epsilon Eddy Viscosity Model for High Reynolds Number Turbulent Flows: Model Development and Validation," Computers Fluids, Vol. 24, pp. 227-238. 

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