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[국내논문] 관류보일러 물-증기 계통의 동적 시뮬레이션 - 아임계 동력보일러 사례 -
Dynamic Simulation of the Water-steam System in Once-through Boilers - Sub-critical Power Boiler Case - 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.41 no.5 = no.380, 2017년, pp.353 - 363  

김성일 (KAIST 기계공학과) ,  최상민 (KAIST 기계공학과)

초록
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부하변동과 외란에 따른 관류보일러 물-증기 계통의 동적 거동을 물리적 모델링 접근방법으로 모사하였다. 본 논문에서는 수관의 질량, 에너지와 운동량 방정식을 고려한 아임계 영역의 동적 모사를 보고한다. 500MWe 급의 절탄기, 증발기와 과열기로 이루어진 단순한 보일러 시스템을 가정하였고, 증발기 모델링은 참고문헌 데이터와 검증을 진행 하였다. 이 시스템에 대하여 외란에 따른 정량적 응답특성을 살펴보았다. 또한, 수연비(증기량과 연료의 유량비)가 설계조건과 크게 다른 탈 설계 운전 사례에 대한 보일러 시스템의 동적 응답평가를 진행 하였다. 그 결과를 통해 적절한 수연비의 제어와 재순환 시스템과 분무 감온기 설계의 중요성이 재확인 되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The dynamics of a water-steam system in a once-through boiler was simulated based on the physics-based modeling approach, representing the system in response to large load change or scale disturbance simulations. The modeling considered the mass, energy conservation, and momentum equation in the wat...

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 성능 예측 모델은 동적 응답을 기반으로 하는 제어설계에 이용되는 모델과, 물리적 기반으로 열교환기의 열전달 및 유동특성을 해석하여 입 출구 상태량 및 열교환기 내의 질량, 에너지 밸런스가 목적인 해석 모델로 구분할 수 있다. 본 연구에서는 발전용 관류 보일러 시스템을 대상으로 물리적 기반의 동적 모델에 대해 중점적으로 다룬다.
  • 본 논문은 아임계 관류 보일러의 물-증기 예측을 위한 이산화된 수치적 모델과 외란에 따른 동적 거동의 정리를 위한 목적이 있다. 따라서, 관류 보일러의 성능 예측을 위해 물-증기 측의 질량, 운동량 및 에너지 방정식을 기반으로 이산화 방법을 적용한 동적 모델을 개발하였다.
  • 특히, 증발기 부분에서의 엔탈피를 이용하여 상태량을 결정하고, 각 영역에 대해서 상태량 적용과 관련 열전달 계수 상관식들을 적용하여 모델링을 진행하였다. 본 논문에서는 동적 모델을 설명하고 개발된 모델을 토대로 동력보일러(500MWe 이상급) 대상으로 물-증기 계통의 외란에 따른 동적 거동을 모사하였다. 한편, 초임계 상태의 동적 모사는 제외하였다.

가설 설정

  • 6과 같이, 단순 시스템은 500MWe급의 물-증기 시스템을 대상으로 절탄기, 증발기, 3개의 과열기로 구성되어 있다. 500MWe 급에서 터빈으로 유입되는 증기는 600℃ 정도이지만, 본 연구에서는 3개의 과열기만 가정하였다.
  • 관류 보일러의 물-증기 측 동적 거동 해석을 위해 단순한 열교환기 시스템을 가정 하였다. Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
열교환기 안정적인 운전을 위해서 필요한 것은? 증기를 생산하는 산업시설의 열교환기는 단일 관에서부터 여러 열교환기로 구성된 열교환기 시스템까지 다양하게 사용되고 있다. 이러한 열교환기의 적절한 설계 및 안정적인 운전을 위해서 성능 예측 모델들이 필요하다. 성능 예측 모델은 동적 응답을 기반으로 하는 제어설계에 이용되는 모델과, 물리적 기반으로 열교환기의 열전달 및 유동특성을 해석하여 입 출구 상태량 및 열교환기 내의 질량, 에너지 밸런스가 목적인 해석 모델로 구분할 수 있다.
성능 예측 모델은 어떻게 구분되는가? 이러한 열교환기의 적절한 설계 및 안정적인 운전을 위해서 성능 예측 모델들이 필요하다. 성능 예측 모델은 동적 응답을 기반으로 하는 제어설계에 이용되는 모델과, 물리적 기반으로 열교환기의 열전달 및 유동특성을 해석하여 입 출구 상태량 및 열교환기 내의 질량, 에너지 밸런스가 목적인 해석 모델로 구분할 수 있다. 본 연구에서는 발전용 관류 보일러 시스템을 대상으로 물리적 기반의 동적 모델에 대해 중점적으로 다룬다.
초임계 운전시 관류보일러의 동적 거동 특징은? 드럼보일러의 구성 장치는 드럼, 하강관, 상승관으로 이루어져 있고, 관류 보일러는 수벽과 분리기(separator)로 구성되어 있다. 자연 순환식 드럼 보일러에서는 증기를 생산하기 위해 내부적으로 3-4번 순환을 하는 반면, 초임계 운전시 관류 보일러는 내부 순환 없이 물이 수벽을 흐르면서 증기가 된다. 또한, 드럼 보일러의 주요 동적 운전 변수는 드럼 수위, 압력 및 순환율이며, 관류 보일러에서는 증발기 각 상의 경계, 관 길이 별 수벽 및 유체의 온도, 출구 상태 및 압력강하이다.
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참고문헌 (30)

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