화력발전소터빈 본관 내부는 고온의 스팀 배관, 탈기기, 스팀 저장 탱크, 수증기 차단 밸브 등의 존재로 터빈 본관 작업 공간의 공기가 고온으로 올라가서 작업자가 장시간 작업하기 곤란한 경우가 발생한다. 터빈 빌딩 작업공간의 공기를 냉각하기 위해 터빈 빌딩 창문을 개방하여 외부의 찬 공기로 냉각하고 상부에 환풍기를 설치하여 외부로 배출한다. 이렇게 한 경우에도 국부적으로 고온의 영역이 존재하여 작업 공간의 냉각을 위한 추가적인 환풍기 설치가 필요하고, 이 경우 환풍기의 위치와 유량에 대한 최적화가 필요하다. 본 연구는 여러 가지 경우의 열 유동 해석을 통해 쾌적한 작업환경을 위한 추가적인 환풍기의 위치와 용량을 최적화한 방안을 제시 하는 것을 목적으로 하였다. 본 연구를 통해 기존 환풍기 위치와 용량을 기준으로 터빈 본관 내부의 고온 영역인 탈기기 영역근처의 열원을 배출하는 환풍기를 추가로 설치하는 것이 전체온도를 $3.0^{\circ}C$, 가장 고온의 영역인 탈기기영역의 온도를 $4.2^{\circ}C$ 저감할 수 있었다.
화력발전소 터빈 본관 내부는 고온의 스팀 배관, 탈기기, 스팀 저장 탱크, 수증기 차단 밸브 등의 존재로 터빈 본관 작업 공간의 공기가 고온으로 올라가서 작업자가 장시간 작업하기 곤란한 경우가 발생한다. 터빈 빌딩 작업공간의 공기를 냉각하기 위해 터빈 빌딩 창문을 개방하여 외부의 찬 공기로 냉각하고 상부에 환풍기를 설치하여 외부로 배출한다. 이렇게 한 경우에도 국부적으로 고온의 영역이 존재하여 작업 공간의 냉각을 위한 추가적인 환풍기 설치가 필요하고, 이 경우 환풍기의 위치와 유량에 대한 최적화가 필요하다. 본 연구는 여러 가지 경우의 열 유동 해석을 통해 쾌적한 작업환경을 위한 추가적인 환풍기의 위치와 용량을 최적화한 방안을 제시 하는 것을 목적으로 하였다. 본 연구를 통해 기존 환풍기 위치와 용량을 기준으로 터빈 본관 내부의 고온 영역인 탈기기 영역근처의 열원을 배출하는 환풍기를 추가로 설치하는 것이 전체온도를 $3.0^{\circ}C$, 가장 고온의 영역인 탈기기영역의 온도를 $4.2^{\circ}C$ 저감할 수 있었다.
The existence of high temperature equipment such as steam pipe, deaerator, steam storage tanks and main steam stop valves makes relatively higher workplace temperature in a power plant of the turbine building. In order to cool down the air temperature in the turbine building, the outside air flow wi...
The existence of high temperature equipment such as steam pipe, deaerator, steam storage tanks and main steam stop valves makes relatively higher workplace temperature in a power plant of the turbine building. In order to cool down the air temperature in the turbine building, the outside air flow with lower temperature passes through the window and the hotter air in the building is extracted to the outside by installing the ventilation fan on the roof. Nevertheless, higher temperature regions near the high temperature equipment still exist in the turbine building and additional fans for the temperature reduction in the higher temperature region should be examined for the optimal location and mass flow rate. The purpose of the present study is to suggest the optimized location and capacity of the additional ventilation fans for a comfortable working environment. From the present study, it has been elucidated that the additional ventilation fans might be located near the high temperature deaerator and it could reduce the mean temperature in the turbine building by $3.0^{\circ}C$ and the temperature near the deaerator could be reduced by $4.2^{\circ}C$.
The existence of high temperature equipment such as steam pipe, deaerator, steam storage tanks and main steam stop valves makes relatively higher workplace temperature in a power plant of the turbine building. In order to cool down the air temperature in the turbine building, the outside air flow with lower temperature passes through the window and the hotter air in the building is extracted to the outside by installing the ventilation fan on the roof. Nevertheless, higher temperature regions near the high temperature equipment still exist in the turbine building and additional fans for the temperature reduction in the higher temperature region should be examined for the optimal location and mass flow rate. The purpose of the present study is to suggest the optimized location and capacity of the additional ventilation fans for a comfortable working environment. From the present study, it has been elucidated that the additional ventilation fans might be located near the high temperature deaerator and it could reduce the mean temperature in the turbine building by $3.0^{\circ}C$ and the temperature near the deaerator could be reduced by $4.2^{\circ}C$.
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문제 정의
본 연구는 전산 열 유체 상용해석 프로그램인 Fluent 프로그램을 이용하여 터빈 빌딩 내부의 창문의 개방, 환풍기 위치와 용량에 관한 최적화에 관한 연구를 수행하였다. 이를 통해서 고온의 터빈 빌딩 내부의 고온 영역에서 온도를 저감하여 쾌적한 작업환경으로 개선하는 것을 목적으로 하였다.
앞 절에서 유속 분포를 살펴 본 결과 환풍기를 탈기기 상부에 추가로 설치한 경우가 고온 영역인 탈기기 영역 부근의 온도를 저감할 수 있을 것으로 판단되었다. 본 절에서는 온도 분포를 살펴보고 온도 저감에 대한 정량적인 비교를 3 가지 경우에 대하여 살펴보기로 한다. 3 가지 경우에 대하여 온도 분포를 비교한 것을 Fig.
본 연구는 전산 열 유체 상용해석 프로그램인 Fluent 프로그램을 이용하여 터빈 빌딩 내부의 창문의 개방, 환풍기 위치와 용량에 관한 최적화에 관한 연구를 수행하였다. 이를 통해서 고온의 터빈 빌딩 내부의 고온 영역에서 온도를 저감하여 쾌적한 작업환경으로 개선하는 것을 목적으로 하였다.
제안 방법
3가지 경우의 온도 저감 효과를 정량화 하여 비교하기 위해 Fig. 6에서처럼 터빈 빌딩 내부 영역을 5개 영역으로 나누어 각 영역의 체적 평균온도를 구하여 비교하기로 한다. Fig.
Table 2는 벽면에서 온도 경계 조건을 나타내었고 Table 3은 입구설정이 되어있는 경계의 유속과 온도 조건을 나타내었다. 각 부분의 유속과 온도 조건은 열선유속계와 비접촉식 온도계를 사용하여 직접 측정하여 구한 값을 이용하였다.
이러한 결과로부터 터빈 빌딩 내부의 온도 저감을 위한 개선 방안을 모색하는 본 연구에서 환풍기 위치와 유량에 대하여 3 가지 경우의 유동 분포로 판단하 건데 Case 3의 경우가 가장 효과적인 방법임을 간접적으로 확인할 수 있다고 판단된다. 다음 절에 3 가지 경우에 대하여 온도 분포 특성을 비교하여 효과적인 최적 개선방안을 찾아보기로 한다.
01m/s인 사양을 가지고 있다. 또한 비접촉식 온도계는 일반적으로 사용하는 알코올 온도계를 사용하여 측정하였다.
먼저 터빈 본관 내부의 건물 도면을 이용한 모델링을 시행하고 그에 따른 창문 및 송풍기와 각각의 열원을 통한 온도 및 유속을 측정하여 각 부분에 들어 올 수 있도록 하였다. 모델링한 형상의 모습은 Fig.
본 연구에서 전산 열 유체 해석은 모두 3차원 공간에 대하여 수행하였다. Fig.
온도 분포 비교뿐만 아니라 각 영역에서 에너지량에 대한 비교를 Table 5에 나타내었다. 에너지량은 각 영역에서의 엔탈피량으로 비교하였다. 이 Table에서도 알 수 있듯이 Case 3의 경우가 총 에너지 저감이 3kJ/kg으로 Case 1의 엔탈피가 22.
온도분포 비교를 위해 터빈 빌딩 내부의 영역을 5개 영역으로 나누어서 각 영역의 체적 평균온도를 산출하여 3가지 경우에 대하여 비교하였다. 그 결과 Case 2의 전체 평균온도와 탈기기에서의 평균온도가 Case 1보다 -0.
지금까지 터빈 빌딩 내부 고온 공기를 저감하기 위해 환풍기 위치와 유량을 변화하여 3 가지 경우의 전산 열 유체 해석을 수행하여 유속과 온도 분포 비교를 통해 최적의 온도 저감 방안을 도출하였으며 이에 대한 결과를 요약하면 다음과 같다.
대상 데이터
또한 터빈 본관을 지지할 수 있도록 H Beam이 구조물로 설치되어있으나 해석에 큰 영향을 주지 못할 것으로 판단되어 Deaerator Floor를 지지할 수 있는 기둥을 제외한 나머지 구조물은 해석의 단순화를 위하여 제외시켰다. 격자의 개수는 약 14,760,000개로 구현하였으며 창문 및 환풍기와 같은 유량이 들어오는 부분의 격자를 좀 더 촘촘하게 구성하였다.
열선유속계는 미국의 TSI사의 제품인 TSI VELOCICALC 9539 모델을 사용하였다. 이제품의 유속범위는 0~30m/s, 정확도는 +/-0.
이론/모형
본 연구에서 터빈 본관의 해석을 위하여 사용한 해석 모델은 standard k-ε 모델을 사용하였으며 이 해석모델의 계산식은 다음과 같다.
성능/효과
0% 떨어져서 온도 저감 효과가 크지 않음을 알 수 있었다. Case 3의 경우는 전체 평균온도는 -3℃, 에너지 22.6% 저감 되었고 탈기기 영역에서는 -4.2℃, 에너지 25.3% 저감되어 3 가지 경우에서 가장 효과적인 온도 저감 방안임을 알 수 있었다.
온도분포 비교를 위해 터빈 빌딩 내부의 영역을 5개 영역으로 나누어서 각 영역의 체적 평균온도를 산출하여 3가지 경우에 대하여 비교하였다. 그 결과 Case 2의 전체 평균온도와 탈기기에서의 평균온도가 Case 1보다 -0.5℃, 에너지 3.0% 떨어져서 온도 저감 효과가 크지 않음을 알 수 있었다. Case 3의 경우는 전체 평균온도는 -3℃, 에너지 22.
기존 형상인 Case 1에 비해 환풍기 유량을 120% 증가한 Case 2와 탈기기 상부에 환풍기를 추가 설치한 Case 3의 유속이 증가하는 것을 확인하였다 Case 2는 창문 부근에는 속도가 증가하지만 고온 영역인 탈기기 부근에서는 속도의 증가를 관찰할 수 없었다. Case 3에서는 탈기기 영역 부근에서도 속도의 증가를 확인할 수 있었으며 이를 통하여 Case 3의 경우가 온도 저감에 효과적임을 예측할 수 있었다.
탈기기 상부에 환풍기를 추가로 설치한 Case 3의 경우에는 탈기기 부근의 정체구간에서의 유동 속도 크기가 증가하는 것을 명확히 관찰할 수 있다. 이러한 결과로부터 터빈 빌딩 내부의 온도 저감을 위한 개선 방안을 모색하는 본 연구에서 환풍기 위치와 유량에 대하여 3 가지 경우의 유동 분포로 판단하 건데 Case 3의 경우가 가장 효과적인 방법임을 간접적으로 확인할 수 있다고 판단된다. 다음 절에 3 가지 경우에 대하여 온도 분포 특성을 비교하여 효과적인 최적 개선방안을 찾아보기로 한다.
지금까지의 온도 분포 비교와 에너지 비교를 를 통해 Case 3의 경우가 다른 경우 보다 터빈 빌딩 내부의 전체 온도와 에너지를 저감하고 특히 고온 영역인 탈기기 영역에서 온도 –4.2℃ 에너지 25.3%, 평균온도 -3.0℃, 에너지 22.6% 저감하는 효과가 있음을 알 수 있었다.
Case 3의 온도 저감은 전체 Case 중에서 가장 낮게 떨어지는 것을 볼 수 있었다. 현재 상태에서 탈기기 상부에 추가로 환풍기를 설치하였기 때문에 창문 영역에서의 온도 저감 또한 현저하게 나타났고 탈기기 상단에 환풍기를 부착하였기 때문에 가장 온도가 높은 탈기기 주위의 공기를 밖으로 배출되어 온도 저감 효과가 가장 큰 영역으로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
보일러에서 만들어진 고온의 증기의 터빈 빌딩 내부 공기의 온도까지 상승시키는 작용의 문제점은?
보일러에서 만들어진 고온의 증기는 터빈 빌딩에 있는 터빈을 구동할 때 고온의 열에너지는 전기를 생산하는 것뿐만 아니라 터빈 빌딩 내부 공기의 온도까지 상승시키는 작용을 일으킨다. 터빈 본관 내부 공기의 온도가 올라가면 작업자들의 작업환경을 저해하고 전자기기 및 설비의 오작동을 일으켜 발전 설비를 운영함에 있어 많은 문제를 일으킨다.
석탄 화력발전소는 원자력발전소와 함께 기저부하를 담당하고 있으며, 현재 국내 발전시장의 몇 %를 차지하는가?
오늘날 화력발전소의 수요는 상당히 많은 부분을 차지하고 있다. 석탄 화력발전소는 원자력발전소와 함께 기저부하를 담당하고 있으며 현재 국내 발전시장의 약 29%를 차지하고 있다. 설비용량도 500MW 표준화력 발전소에서 격상되어 최근 1000MW급까지 다수의 발전소가 건설 중이거나 계획 중에 있다.
화력 발전소에서 전기를 생산하는 방식은?
(1) 석탄 화력발전소는 오늘날 사람들이 이용하는 많은 전기 생산에 큰 역할을 맡고 있다. 화력 발전소는 연료와 공기를 연소를 시켜 에너지를 얻어 그 에너지를 이용해 증기를 만들고 증기를 이용해 터빈을 돌려 전기를 생산하는 방식을 사용하고 있다. 보일러에서 만들어진 고온의 증기는 터빈 빌딩에 있는 터빈을 구동할 때 고온의 열에너지는 전기를 생산하는 것뿐만 아니라 터빈 빌딩 내부 공기의 온도까지 상승시키는 작용을 일으킨다.
참고문헌 (6)
Kim, M. C.: "Overview of improving profitability of Coal Fired Power Plants", KEPCO, (2013)
Moon, S. M., Kwon, S. Y., and Lim, J. H.: "Improvement of Energy Efficiency of Plants Factory by Arranging Air Circulation Fan and Air Flow Control Based on CFD", JICS, Vol. 16, 57-65, (1996)
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Lee, M. G., Jung, K. K.: "Optimal Measuring Point Selection Method of Indoor Temperature using CFD Analysis", Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, Vol. 16, 1559-1566, (2012)
Kim, D. Y., Song, D. S.: "Effect of wind-pressure on indoor Air-flow in High-rise office buildings", The Society Of Air-Conditioning And Refrigerating Engineers Of Korea, 609-613, (2015)
Lee, W. R., Park, J. S., Ahn, B. W. and Sohn, J. Y.: "An Evaluation and Analyzing of Indoor Air Temperature and Airflow Patterns with Various Air Conditioning System in Office", Architectural Institute of Korea, Vol. 18, 799-804, (1998)
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