[논문]해수 파울링이 판형 열교환기 성능에 미치는 영향에 대한 고찰

허재혁; 이동원; 김민휘; 백원근; 윤린

doi:10.6110/kjacr.2017.29.8.391

해수 파울링이 판형 열교환기 성능에 미치는 영향에 대한 고찰
Study on Effects of Seawater Fouling on a Plate-Frame Heat Exchanger 원문보기

설비공학논문집 = Korean journal of air-conditioning and refrigeration engineering, v.29 no.8, 2017년, pp.391 - 400

허재혁 (한국에너지기술연구원) , 이동원 (한국에너지기술연구원) , 김민휘 (한국에너지기술연구원) , 백원근 (한밭대학교 기계공학과) , 윤린 (한밭대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Understanding of seawater fouling characteristics is critical in designing a heat exchanger adapted in an effluent utilization system for a power plant. We reviewed three types of fouling mechanisms of general, biological, and crystallizing for a plate-frame heat exchanger, to be used for heat exchanging with heated effluent from a power plant. Also, mathematical models for each type of seawater fouling were suggested. Actual thermal resistance calculated from seawater fouling models were compared and implemented in designing a plate-frame heat exchanger. The bio-fouling model revealed the largest thermal resistance and the highest number of plates for a plate-frame heat exchanger under the same heat load. Overall heat transfer coefficient and pressure drop of a plate-frame heat exchanger under fouling conditions was lower by 58 percent and higher by 2.85 times than those under clean conditions, respectively.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 연구에서는 발전소 온배수용 열교환기 해석 및 성능예측과 기술을 확보하기 위해 해수 파울링의 종류 및 해수 파울링 생성 메카니즘을 파악하고, 본 적용에 적합한 기존 해수 파울링의 수학적 모델링을 선정하여 판형 열교환기의 설계 및 성능에 미치는 영향을 고찰하고자한다.

가설 설정

759×10^-4m²K/W의값을 나타낸다. 현재까지 바이오 파울링의 각 진행단계에 대한 소요기간을 예측할 수 있는 정확한 방법이 제시되어 있지 않아 본 연구에서는 해석기간 동안 선형축적단계라고 가정하여 해석을 진행하였다.

제안 방법

본 연구에서는 발전소 온배수용 열교환기의 해석 및 성능예측 기술을 확보하기 위해 해수 파울링의 종류 및 해수 파울링 생성 메카니즘을 고려하여 해수 파울링의 수학적 모델을 선정하였고, 이를 적용하여 판형 열교환기의 성능해석을 수행하였다.

대상 데이터

(1) 판형 열교환기 적용 해수 파울링의 종류로는 크게 바이오 파울링과 결정화 파울링을 고려해 볼 수 있다.

이론/모형

4는 상기 파울링 모델을 적용한 판형 열교환기의 총괄 해석 순서도를 나타낸다. 본 해석에서 작동유체의 열역학적 및 전달물성은 EES(Engineering Equation Solver)를 이용하여 계산하였다. Table 3은 각각 열교환 작동유체의 열교환기 입․출구 온도와 유량을 나타내는데, 순서도에 나타낸 입력 값으로 활용되었다.

성능/효과

(2) 바이오 및 결정화 파울링의 경우 열교환기 운전시간에 비례하여 열저항이 증가하였고 바이오 파울링의 열저항은 결정화 파울링의 열저항에 비해 현저하게 크게 나타났다.
(3) 파울링을 고려한 판형 열교환기의 총괄열전달계수는 청정조건에 비해서 평균 58%작게 나타났고, 압력강하는 평균 2.85배 크게 나타났다.
(4) 실제 운전부하조건에서 열교환기를 설계할 때 장기운전시 발생하는 파울링효과를 고려하지 않고 설계할 경우 파울링 현상에 의해 매우 작은 용량의 열교환기가 될 수 있다.

후속연구

이 값이 같아질 조건까지 최초 가정 열교환면적을 변경하게 되고 수렴 후 최종 열교환기 사양을 도출하게 된다. 본 판형 열교환기 모델은 Kakac과 Liu⁽¹²⁾가 제공한 기본형 판형 열교환기 설계결과와 일치함을 보였고, 본 연구에서 적용한 파울링 모델은 향후 실제 실증실험을 통해 보완될 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	온배수의 특징은?	발전소 온배수 이용 기술은 크게 취수, 이송, 에너지 공급 등으로 나뉘며, 발전소 냉각계통과의 연계 및 고집적 열회수를 위한 기술개발이 중요하다. 온배수는 일반 해수에 비해 약 5~8℃가 높으며, 파울링 특성을 고려하여 안정적이면서 대용량의 열회수가 가능한 해수-물 열교환기 시스템 설계가 중요한 기술 중 하나이다.
	파울링에 의한 열저항 관계식의 장점은?	이 식은 실험결과를 통해 측정된 값을 비교적 쉽게 활용가능하다는 점에 있어서 큰 장점이 있다. 이 같은 파울링 열저항의 점근적 변화경향은 시간에 따라 퇴적층 내 퇴적량과 제거량이 평형을 이룬다는 가정 하에 가능한 것인데, 초기 급격한 퇴적층의 성장 이후에 퇴적층의 증가에 따라 여러 가지 요인들에 의해서 제거량의 증가를 가져오고 결국 두 변수가 평형을 이루게 된다는 여러 실험을 통해 얻어진 결과라 할 수 있다.
	발전소 온배수 이용 기술은 크게 어떻게 나뉘는가?	발전소 온배수 이용 기술은 크게 취수, 이송, 에너지 공급 등으로 나뉘며, 발전소 냉각계통과의 연계 및 고집적 열회수를 위한 기술개발이 중요하다. 온배수는 일반 해수에 비해 약 5~8℃가 높으며, 파울링 특성을 고려하여 안정적이면서 대용량의 열회수가 가능한 해수-물 열교환기 시스템 설계가 중요한 기술 중 하나이다.

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