DESIGN 창

FW Heaters(급수가열기) 탭

Design Heat Balance의 FW(Feed Water) Heater 계산 조건을 입력하는 창입니다.

이곳의 입력 내용 가운데, "FW Heater Quantity" 콤보 박스와 "BFP Heater Nr." 텍스트 박스, "Heater Nr. from Cold Reheat' 텍스트 박스, "Heater Nr. from IP Tbn. Exhaust" 텍스트 박스의 내용은, "Start" 탭의 해당 콤보 박스와 텍스트 박스들에 자동으로 반영됩니다.

그리고, 각 급수 가열기의 형식 선택 콤보 박스의 선택 내용과 계산 조건 입력 텍스트 박스들의 내용들은, "Graphic" 탭의 해당 콤보 박스와 텍스트 박스들에 자동으로 반영됩니다.

FW Heater Quantity

급수가열기 개수를 선택하는 콤보 박스입니다.   최대 10개까지 선택이 가능합니다.

 

"P Tbn Ext" Input

터빈 추기 단(Stage) 압력(P Tbn Ext)으로 급수가열기 설계 조건을 입력할지 아니면 급수가열기 출구 온도로 설계 조건을 입력할지를 선택하는 첵크 박스입니다.

본 첵크 박스를 선택하면, 터빈 추기 압력으로 입력해야 하며, 선택하지 않으면 급수가열기 출구 온도로 입력해야 합니다.

 

BFP Heater Nr.

BFP(Boiler Feed Water Pump)가 설치된 급수가열기 번호를 입력합니다.   BFP가 설치되는 급수가열기는 Contact Type(접촉식)이어야 합니다.

하나의 Heat Balance에는 오직 하나의 접촉식 급수가열기가 존재하여야 계산 결과가 올바릅니다.   

하나 이상의 접촉식 급수가열기가 있어도 계산은 되지만, 그 결과가 올바르지 않습니다.

 

Heater Nr. from Cold Reheat

Reheat Cycle에서 Cold Reheat(저온 재열 증기) 라인으로부터 증기를 공급받는 급수가열기 번호를 입력합니다.

그러한 급수가열기가 없는 경우에는 "0"을 입력합니다.

 

Heater Nr. from IP Tbn. Exhaust

LP Turbine(저압 터빈)이 2 Flows 이상이어서, IP Turbine(중압 터빈)과 LP Turbine(저압 터빈)이 분리된 Reheat Cycle에서, IP Turbine Exhaust에서 증기를 공급받는 급수가열기 번호를 입력합니다.

그러한 급수가열기가 없는 경우에는 "0"을 입력합니다.

 

Nr.

급수가열기 번호입니다.   압력이 제일 낮은 저압 급수가열기 번호가 1번이며, 압력이 높아질수록 번호가 커집니다.

급수가열기가 최대 값인 10개인 경우, 압력이 제일 높은 급수가열기 번호는 10번입니다.

 

Type

급수가열기의 형식을 선택하는 콤보 박스입니다.   Contact(접촉식), Flash(재증발식), Pumped(펌프식)의 3가지 형식이 주어집니다.

 

T FW Out

급수가열기 출구 급수 온도를 입력합니다.

"P Tbn Ext" Input 첵크 박스가 첵크되지 않은 경우에 T FW Out 값을 입력할 수 있으며, 이 경우 P Tbn Ext 값은 자동으로 계산됩니다.

T FW Out 값으로부터 P Tbn Ext 값은 아래와 같이 계산됩니다.

- T FW Out 값에 TTD 값을 더하여, 급수가열기 쉘 내부 포화 온도 값을 계산합니다.

- 급수가열기 내부 포화 온도에 해당하는 포화 압력을 계산합니다.

- 동 포화 압력을 (1 - dP Ext % / 100) 으로 나누어서 터빈 추기 단(Stage) 압력인 P Tbn Ext 값을 계산합니다.

 

TTD

급수가열기의 TTD(Terminal Temperature Difference) 값을 입력합니다.

급수가열기의 TTD는, 급수가열기 쉡(Shell) 내부 포화 압력에서의 포화 온도와 급수가열기 출구 급수 온도의 차이입니다.

미국 HEI(Heat Exchange Institute) Standard에 따르면, Desuperheating Zone(과열 저감 구역)이 없는 Closed Feed Water Heater의 경우 TTD 값은 2 oF 미만이 되지 않도록 설계할 것을 권고하고 있습니다.   Flash Type과 Pumped Type 급수가열기가 Closed Feed Water Heater에 해당합니다.

Contact Type 급수가열기의 경우 TTD는 "0"이라고 할 수 있으므로, 급수가열기 Type으로 Contact Type을 선택한 경우 TTD 값은 "0"으로 지정됩니다.

 

DCA

급수가열기의 DCA(Drain Cooling Approach) 값을 입력합니다.

급수가열기의 DCA는, 급수가열기의 쉘(Shell) 측으로부터 빠져 나오는 Drain(배수) 온도와 급수가열기 입구 급수 온도의 차이입니다.

미국 HEI(Heat Exchange Institute) Standard에 따르면, Integral Drain Subcooler(내장형 배수 온도 저감기)가 설치된 Closed Feed Water Heater의 경우 DCA 값은 경험적으로 볼 때 최소 10 oF 보다 커야 한다고 기술하고 있습니다.  그리고 그 보다 낮은 DCA 값이 요구되는 경우에는 Separate Drain Subcooler(외장형 배수 온도 저감기)를 사용해야 한다고 기술하고 있습니다.

 Drain Cooler가 없는 경우를 계산하려면, DCA 값으로 "0"을 입력하시기 바랍니다.   

DCA 값으로 아주 큰 값을 입력하여서, Drain 온도가 FW Heater Shell의 포화 온도보다 크게 계산되는 경우에는, Drain Cooler가 없는 것으로 가정하고 계산됩니다.

 

dP Ext

급수가열기 추기 라인의 압력 강하 % 값을 입력합니다.

압력 강하는 터빈 추기 단 압력에서 급수가열기 쉘(Shell) 내부 압력까지의 압력 강하 양입니다.   %는, 터빈 추기 단 압력 대비 압력 강하 양의 비율입니다.

급수가열기 추기 라인의 압력 강하는 크게 2 부분으로 나눕니다.   하나는, 터빈 추기 단에서 터빈 추기 Flange(플랜지) 출구까지의 압력 강하이고, 다른 하나는, 터빈 추기 Flange에서 급수가열기 쉡 내부까지의 압력 강하입니다.   첫 번째 압력 강하는 터빈 제작자가 결정하는 압력 강하이고, 두 번째 압력 강하는 엔지니어링 회사에서 결정하는 압력 강하입니다.

일반적으로 첫 번째 압력 강하는 약 2 ~ 3% 정도입니다.   그러므로, 엔지니어링 회사에서 급수가열기 추기 라인 구경을 설정하는 기준으로 사용하는 급수가열기 추기 라인의 압력 강하가 4%인 경우에는, dP Ext 입력 값으로, 첫 번째 압력 강하가 2%인 경우, 6%를 입력해야 합니다.

 

P Tbn Ext

터빈 추기 단(Stage) 압력을 입력합니다.   터빈 추기 단 압력은, 터빈 추기 Flange 출구 압력이 아니고, 터빈 내부의 단(Stage) 압력인 점을 유의 바랍니다.

"P Tbn Ext" Input 첵크 박스가 첵크가 된 경우에 터빈 추기 단 압력을 입력하면, 급수가열기 출구 온도는 자동으로 계산됩니다.

터빈 추기 단 압력과 급수가열기 출구 급수 온도 사이의 관계는 앞서 설명한 T FW Out 항을 참조 바랍니다.

 

Flow

계산된 추기 유량이 표시되는 텍스트 박스입니다.   사용자가 입력하는 텍스트 박스가 아닙니다.

 

Run for User Input

모든 설계 조건을 사용자가 입력한 상태로 실행하고자 하는 경우에 선택하는 옵션 단추입니다.

ES_Rankine의 기본 실행 모드입니다.

 

Run for xx % Enthalpy Rise of Maximum (Same Enthalpy Rise in Each Heater)

현재 사용자가 입력한 급수 가열기 온도를 무시하고, 최종 급수 엔탈피가 급수 가열기에서 가열이 가능한 최대 엔탈피 대비 xx % 엔탈피가 되도록 급수를 가열하는 Heat Balance를 계산합니다.

이 때 아래의 2가지 조건하에서 계산합니다.

- 사용자가 입력한 수의 급수 가열기에서 각각의 엔탈피 상승이 동일하도록 균일하게 분배합니다.

- 사용자가 입력한 터빈 단(Stage) Minimum Pressure Ratio(최소 압력비)를 고려하지 않습니다.

 

급수가열기는 터빈에서 증기를 추기하여 가열하므로, 급수가열기에서 올릴 수 있는 최대 온도는 터빈 입구 압력과 관련이 있습니다.

급수가열기에서 최적의 열전달은 포화 증기 상태에서 일어납니다.  그러므로, 임계 압력 이상의 증기를 터빈으로부터 추출하여 급수 가열을 하는 것은 열전달 측면이나 비용 측면에서 바람직하지 않습니다.   아울러 초초초 임계 압력 터빈 사이클에서 최소 열 효율을 갖는 최종 급수 온도가 임계 온도 이하입니다.

ES_Rankine에서 급수 가열을 위한 최대 추기 압력은 아래 2가지 압력 가운데 낮은 압력으로 선정합니다.

- 터빈 입구 압력 / 터빈 단(Stage) 최소 압력비

- 최종 급수 가열기 쉘(Shell) 내부 포화 온도가 370 oC 되는 터빈 추기 압력

 

Run for Finding Optimum Enthalpy Rise

앞서 설명한 Run for xx % Enthalpy Rise of Maximum을, 사용자가 입력한 % 범위 내에서 사용자가 입력한 % 단계로 상승시켜 가면서 반복 계산하여, 최소 열 소비율(Heat Rate)를 갖는 Heat Balance를 찾습니다.   반복 계산한 Heat Balance 계산 결과 가운데, 열 소비율, 출력 등 주요 데이터들은 Chart와 문서 출력으로 볼 수 있으며, 최소 열 소비율을 갖는 Heat Balance를 계산 결과로 보여 줍니다.

터빈 추기로 급수 가열을 하는 경우, 급수 온도를 높이면 높일수록 열 소비율이 감소하지는 않으며, 최소 열 소비율을 갖는 급수 온도가 존재합니다.   아울러 열 소비율은 각 급수 가열기에서 동일하게 엔탈피를 상승시킬 때 최소가 됩니다.   본 기능은, 사이클 연구를 할 때 최적의 급수 온도를 잦는데 유용하게 사용할 수 있습니다.

아래 그림은 850 MW Class 초초초 임계압 발전소에 대하여, Start 1%, End 100%, Step 1%를 입력하여 "Run for Finding Optimum Enthalpy Rise"를 실행한 결과의 Graphic Output입니다.

Run이 가능한 최대 Cases는 100 개입니다.   사용자가 입력한 Start %, End %, 그리고 Step %로 계산하여 Run Cases가 100개를 초과하면 수정 경고 메시지를 띄웁니다.  자세한 조사가 요구되는 경우에는, 나누어서 실행하시기 바랍니다.  즉, 아래와 같이 1%에서 100% 까지 Step 1%로 우선 계산한 후, 조사 범위를 좁혀서 더 작은 Step % 값으로 실행하시기 바랍니다.

참고로, 아래 그림에서 (A), (B), (C) 부분에서 Heat Rate가 급하게 떨어지는 이유는, 어느 하나의 터빈 추기가 고온의 IP Turbine 입구 지점에서 저온의 Cold Reheat로 변경되면서 추기량이 갑자기 늘어나기 때문입니다.   즉, 터빈 추기를 선정할 때, 가능하면 추기 온도가 낮은 부분에서 추기되도록 해야 한다는 의미이며, 특히 Cold Reheat 압력 근방에서는 가능하면 Cold Reheat에서 추기되도록 설계하는 것이 필요하다는 의미입니다.

 

 

Reheating AEEP Enthalpy Level from H1

Reheating AEEP Enthalpy Level은 아래 식으로 계산됩니다.

Reheat AEEP Enthalpy Level % = (H1 - HPTbn_Exh_AEEP) / (H1 - RhtTbn_Exh_AEEP) x 100

주)

 

 

- H1

: HP 터빈 입구 엔탈피

 

- HPTbn_Exh_AEEP

: HP 터빈 출구 압력에서의 AEEP (Available Energy End Point)

 

- RhtTbn_Exh_AEEP

: Reheat Condensing 터빈 출구 압력에서의 AEEP

 

일반적으로, 재열(Reheat) 압력의 적정성을 확인하는 수단으로, 터빈 입구 엔탈피로부터 재열 압력까지의 가용에너지(Available Energy) 수준을 사용합니다.

재열 압력을 변화시켜 가면서 앞서 설명한 Run for Finding Optimum Enthalpy Rise 기능을 함께 사용하면, 재열 재생 사이클의 최적 재열 압력 및 최적 최종 급수 온도를 확인하는데 유용하게 사용할 수 있습니다.

일반적으로 최적의 재열 압력은 Reheating AEEP Enthalpy Level from H1 = 30% 근방에 존재합니다.

 


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