[논문]기기냉각수 폐열회수용 흡수식 히트펌프의 부분부하 성능에 관한 연구

박병철; 김태형; 김광수

doi:10.5855/energy.2019.28.2.047

기기냉각수 폐열회수용 흡수식 히트펌프의 부분부하 성능에 관한 연구
A Study on Partial Load Performance of Absorption Type Heat Pump for Waste Heat Recovery of Closed Cooling Water 원문보기

에너지공학 = Journal of energy engineering, v.28 no.2, 2019년, pp.47 - 54

박병철 (한국남동발전) , 김태형 (한국남동발전) , 김광수 (한국남동발전)

초록
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복합화력발전소 에너지절감 사업으로 폐열회수용 흡수식 히트펌프가 설치됨에 따라 부분부하(Partial Load)에서의 성능 데이터 확인을 위해 성능시험을 실시하였다. 부분 부하에서 히트펌프 가동에 따른 운전 데이터 변화는 다음과 같다. 기기냉각수(CCW) 배열 및 배열회수열교환기(HRSG)로부터 공급되는 저압증기(LP STM)의 일부가 히트펌프의 열원으로 공급되므로 지역난방열 생산이 증대된다. 그러나 증기터빈으로 공급되는 저압증기의 유량감소에 따라 증기터빈 출력이 감소된다. 또한 고압 지역난방열교환기(HP-DH) 및 저압 지역난방열교환기(LP-DH)로 공급되는 고압터빈(HPT) 배기증기의 유량 저하에 따라 HP-DH 및 LP-DH의 열생산량도 감소한다. 부분부하에서는 정격부하 대비 히트펌프에 운전에 따른 터빈 출력 저하가 큰 것으로 나타났으며, 이에 따라 부분 부하에서는 발전소 전체의 열 생산 증가량, 전기출력 감소량을 종합적으로 고려하여 히트펌프 운전 여부를 결정해야 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

As absorption type heat pump for waste heat recovery is installed in combined cycle power plant for Energy Service Company, performance test is implemented to confirm the operation data on partial load. The operation data changes according to the heat pump operation on partial load are as follows. Total heat output increases, because waste heat of closed cooling water and a portion of LP steam from HRSG is supplied. But electric power output of steam turbine is reduced, because LP steam to steam turbine is reduced. And heat output from HP district heater and LP district heater is reduced, because HP turbine exhaust steam to HP district heater and LP district heater is reduced. On partial load operation, turbine output reduction is higher than the base load operation. Therefore, on partial load, heat pump should be operated in consideration of the heat output increase and electric power output reduction.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. General arrangement and operation screen of absorption type heat pump
그림 Fig. 2. Heat balance before heat pump installation
그림 Fig. 3. Heat balance after heat pump installation
표 Table 1. Design performance summary before heat pump installation
표 Table 2. Design performance summary after heat pump installation
그림 Fig. 4. Heat supply of CCW
그림 Fig. 5. Heat production of heat pump
표 Table 3. Operation data related to heat production of heat pump at each load
그림 Fig. 6. Total heat production increase
표 Table 4. Total heat production of combined cycle power plant at each load
그림 Fig. 7. Steam turbine power output reduction
표 Table 6. Electric power output of steam turbine at each load

AI 본문요약
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제안 방법

히트펌프 열생산량은 히트펌프 입출구의 지역난방수(DH WTR) 유량에 입출구의 엔탈피 차를 곱한 값으로 계산하였다. 기기냉각수 유량은 초음파 유량계를 특설하여 측정하였으며, 저압증기 출구온도는 시험 Data 미확보로 히트펌프 공급자가 제시한 설계값을 사용하였다. 저압증기 열량은 히트펌프 열생산량에서 기기 냉각수 공급열량을 제외한 값으로 산정하였다.
히트펌프 운전 전 · 후 발전소 운전 조건 변화에 따른 영향을 최소화하기 위하여 최대한 운전지침서상의 정상운전 상태를 유지하였으며, 자동제어 특성에 맞추어 발전단 전기출력 기준으로 출력유지 및 부하제한(Governor Free Off) 운전방식 채택하였다. 또한 기기냉각수(CCW) 유량 측정을 위해 초음파 유량계를 특설하여 유량 데이터 취득하였으며, 열병합 발전소의 안정적 운전이 가능한 한도로 계통격리를 실시하였다.
발전소 운전 부하를 변경하면서, 히트펌프 운전 전․후 지역난방 열생산량 및 증기터빈 출력 변화를 확인하였다. 첫 번째 시험은 80 % 부하에서 히트펌프 운전 1회 및 히트펌프 정지 1회, 두 번째 시험은 60 % 부하에서 히트펌프 운전 1회 및 히트펌프 정지 1회, 마지막 시험은 40 % 부하에서 히트펌프 운전 1회 및 히트펌프 정지 1회로 진행되었다.
복합화력발전소 에너지절감 사업으로 폐열회수용 흡수식 히트펌프가 설치됨에 따라 부분부하에서의 성능 데이터 확인을 위해 본 성능시험을 실시하였으며, 세부적으로 부분부하에서 히트펌트 운전 전 · 후 지역난방 열생산량 및 증기터빈 출력 변화를 확인하였다.
복합화력발전소 운전 모드는 열 · 전기 동시생산 모드(Mode-Ⅰ)로 설정하였다.
복합화력발전소 총 열생산량은 현장 열량계 측정치를 사용하였으며, 주 지역난방 열교환기(Main DH) 열생산량은 총 열생산량에서 히트펌프 열생산량을 제외한 값으로 계산하였다. 복합화력발전소 기기별 열생산량 내역은 Table 4와 같다.
복합화력발전소에 기기냉각수 배열 회수를 위한 흡수식 히트펌프가 설치됨에 따라 부분부하에서의 성능 데이터 확인을 위해 성능시험을 실시하였다.
저압증기 열량은 히트펌프 열생산량에서 기기 냉각수 공급열량을 제외한 값으로 산정하였다.
증기터빈 전력량은 현장 전력량계에서 측정한 값을 기준으로 하였으며, 주 지역난방 열교환기(Main DH) 열생산량은 현장 열량계에서 측정한 값을 기준으로 하였다. 히트펌프 운전 전 · 후 발전소 운전 조건 변화에 따른 영향을 최소화하기 위하여 최대한 운전지침서상의 정상운전 상태를 유지하였으며, 자동제어 특성에 맞추어 발전단 전기출력 기준으로 출력유지 및 부하제한(Governor Free Off) 운전방식 채택하였다.
증기터빈 전력생산량은 현장 전력량계 측정치를 사용하였으며, 히트펌프 운전 전․후 증기터빈의 출력 변화를 비교하였다. 히트펌프 운전에 따른 증기터빈 출력 변화는 Table 6과 같다.
발전소 운전 부하를 변경하면서, 히트펌프 운전 전․후 지역난방 열생산량 및 증기터빈 출력 변화를 확인하였다. 첫 번째 시험은 80 % 부하에서 히트펌프 운전 1회 및 히트펌프 정지 1회, 두 번째 시험은 60 % 부하에서 히트펌프 운전 1회 및 히트펌프 정지 1회, 마지막 시험은 40 % 부하에서 히트펌프 운전 1회 및 히트펌프 정지 1회로 진행되었다. 복합화력발전소 운전 모드는 열 · 전기 동시생산 모드(Mode-Ⅰ)로 설정하였다.
히트펌프 열생산량은 히트펌프 입출구의 지역난방수(DH WTR) 유량에 입출구의 엔탈피 차를 곱한 값으로 계산하였다.
히트펌프 운전 전 · 후 발전소 운전 조건 변화에 따른 영향을 최소화하기 위하여 최대한 운전지침서상의 정상운전 상태를 유지하였으며, 자동제어 특성에 맞추어 발전단 전기출력 기준으로 출력유지 및 부하제한(Governor Free Off) 운전방식 채택하였다.

대상 데이터

하다. 이 중 흡수식 히트펌프는 냉매로서 물을 사용하고, 흡수제로 리튬브로마이드(LiBr)를 사용⁽²⁾한다. 또한 재생기에서 냉매와 흡수제를 분리하기 위해서는 고온의 구동열원이 필요⁽³⁾하게 된다.

성능/효과

다음으로 히트펌프 운전 시 발전소의 증기터빈 출력 감소량(보정 후)은 부하별로 1,713 kW(80% 부하), 2,266 kW(60% 부하), 1,074 kW(40% 부하)로 나타났다.
다음으로 히트펌프로 공급되는 기기냉각수 입구 온도는 부하 감소에 따라 낮아지며, 이에 따라 히트펌프에 공급되는 기기냉각수 열량도 8.55 Gcal/h(80% 부하), 7.93 Gcal/h(60% 부하), 6.86 Gcal/h(40% 부하)로 부하 감소에 따라 낮아지는 것으로 나타났다.
첫째, 히트펌프에서 회수된 기기냉각수 배기열로 지역난방열 생산이 증대되며, 증기터빈으로 공급되는 저압증기 유량 감소에 따라 증기터빈 출력은 감소한다. 둘째, 고압 지역난방 열교환기(HP-DH) 및 저압 지역난방 열교환기(LP-DH)로 공급되는 고압터빈 추기증기 유량 저하에 따라 HP-DH 및 LP-DH의 열생산량은 감소한다. 셋째, 히트펌프의 CCW 냉각에 따른 보조냉각수펌프 및 냉각팬 소비전력 절감되나, 히트펌프 내부 펌프 및 지역난방 열교환기 승압펌프 운전에 따른 소비전력 증대 요인이 있다.
2 ℃ 낮은 것이 주요인이다. 또한 설계 시 히트펌프에서의 열손실이 적정 수준으로 반영되지 않아, 시험 시 히트펌프 열생산량이 설계 대비 낮게 나타났다.
셋째, 히트펌프의 CCW 냉각에 따른 보조냉각수펌프 및 냉각팬 소비전력 절감되나, 히트펌프 내부 펌프 및 지역난방 열교환기 승압펌프 운전에 따른 소비전력 증대 요인이 있다.
시험결과 히트펌프 열생산량은 부하대별로 19.69Gcal/h(80% 부하), 18.13 Gcal/h(60% 부하), 13.36Gcal/h(40% 부하)로 나타났다. 또한 히트펌프 운전에 따라 증가된 발전소 총 열생산량은 부하별로 8.
이에 따라 증기터빈 저압증기 제어밸브 전후단의 Drain Valve가 히트펌프 정지 시 Close, 운전 시 Open 상태에 변화되는 60% 부하 대비하여 상대적으로 출력 감소분이 작은 것으로 나타났다.
2와 같으며, 정격부하(Base Load) 기준으로 작성되었다. 저압증기 중 42.51 ton/h의 유량을 히트펌프로 보내면서 증기터빈 출력은 0.497MW, 지역난방 열교환기 열생산량은 24.24 Gcal/h 감소하였으며, 히트 펌프의 열량은 35.80 Gcal/h 증가된다. 그러므로 발전소 총 열생산량은 11.
는 다음과 같다. 첫째, 히트펌프에서 회수된 기기냉각수 배기열로 지역난방열 생산이 증대되며, 증기터빈으로 공급되는 저압증기 유량 감소에 따라 증기터빈 출력은 감소한다. 둘째, 고압 지역난방 열교환기(HP-DH) 및 저압 지역난방 열교환기(LP-DH)로 공급되는 고압터빈 추기증기 유량 저하에 따라 HP-DH 및 LP-DH의 열생산량은 감소한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	히트펌프의 특징은 무엇인가?	히트펌프는 저온부의 열원을 고온부에 공급하여 고온부에서 추가적인 열생산이 가능(1)하다. 이 중 흡수식 히트펌프는 냉매로서 물을 사용하고, 흡수제로 리튬브로마이드(LiBr)를 사용(2)한다.
	히트펌프 열생산량 산정방법은 무엇인가?	3와 같다. 히트펌프 열생산량은 히트펌프 입출구의 지역난방수(DH WTR) 유량에 입출구의 엔탈피 차를 곱한 값으로 계산하였다. 기기냉각수 유량은 초음파 유량계를 특설하여 측정하였으며, 저압증기 출구온도는 시험 Data 미확보로 히트펌프 공급자가 제시한 설계값을 사용하였다.
	히트펌프 ESCO 사업의 개선 효과는 무엇인가?	2와 같으며, 정격부하(Base Load) 기준으로 작성되었다. 저압증기 중 42.51 ton/h의 유량을 히트펌프로 보내면서 증기터빈 출력은 0.497MW, 지역난방 열교환기 열생산량은 24.24 Gcal/h 감소하였으며, 히트 펌프의 열량은 35.80 Gcal/h 증가된다. 그러므로 발전소 총 열생산량은 11.55 Gcal/h가 증가되게 된다. 여기서 증가된 열량은 기기냉각수 배기열(10.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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