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- 기술소개
- 아임계 스팀 제너레이터
아임계 스팀 제너레이터
발전 증기 순환 사이클
발전용 증기 순환 사이클은 아임계와 초임계 사이클로 나뉩니다. 아임계 사이클은 기수혼합물의 임계압이하(22.11 MPa / 3206 psia)에서 , 초임계 사이클은 임계압이상에서 작동합니다. 입계압이란 물과 수증기가 분명한 구분을 보이는 최고 압력을 뜻합니다. 따라서, 입계압아래에선 물과 수증기의 밀도차가 분명하고, 임계압이상에선 물과 수증기의 구분이 없게 됩니다. 이 두 사이클간 발전과정 차이는 아래와 같습니다.
Figure 1
온도-엔탈피 그래프상 파란선은 아임계압에서의 발전과정을 보여줍니다. 노의 수벽속 물의 일부분이 일정 온도에서 수증기로 증발하고 스팀드럼 내부는 기수혼합물을 기수분리하며, 과열기가 수증기를 과열시킵니다. 모든 수벽튜브는 작동압력하의 일정 포화온도에서 기수혼합물을 운반합니다. 튜브간 흡열차이가 기수혼합물의 수증기 비율차이(증기품질)를 만들어내고, 액체의 온도는 계속 포화온도로 일정합니다.
세계 대부분의 발전용 스팀 제너레이터는 아임계 사이클인 드럼타입입니다. 초임계 사이클 발전소도 물론 수십년간 존재하였으며, 현재 배출에 대한 관심으로 더 높은 효율(순 열량)을 가진 초임계 사이클에 대한 선호가 증가하였습니다. Figure 2 참조
아임계와 초임계 제너레이터 모두 높이별, 노의 둘레별 흡열량 차이에 영향을 받습니다(Figure 3). 따라서 두 타입의 스팀제너레이터 디자인은 각각 다른 증발관을 필요합니다.
아임계 사이클인 자연 순환 스팀 제너레이터 디자인은 순환관에 적절한 수와 크기의 튜브와 파이프를 선택해야 하는데 이는 노벽 급열로 발생할 유량을 정하기 위함입니다. 튜브속 유량이 가열된 튜브를 알맞게 냉각 했을 때 튜브/파이프 선택은 완료됩니다. 유량은 급열로 인해 자연적으로 발생하며 추가적인 펌프가 불필요합니다.
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Figure 2
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Figure 3
자연순환 스팀 제너레이터
아임계 발전 사이클에서 자연순환 스팀 제너레이터는 본질적으로 안전하고 펌프나 구멍이 필요없는 자가보완적 회로를 가진 디자인입니다.
기본적 자연 순환 시스템은 급열 상승 관(노의 수벽튜브 부분), 미가열 강수관(Unheated downcomer) 그리고 스팀 드럼으로 이뤄집니다. 스팀 드럼은 수벽으로부터 기수혼합물을 받아 기수분리하고 수증기가 빠진 물을 강수관으로 보내며 분리된 증기는 과열관(superheater circuits)으로 전달합니다.
자연 순환 시스템에선 급열로 인해 노벽속에 기수혼합물 생성되고 기수혼합물의 밀도는 미가열 강수관(Unheated downcomer) 속 물보다 낮기 때문에 유량(Flow)이 생성됩니다. Figure 1 참고
순환관 유량은, 더 적은 마찰과 충격손실(friction and shock losses)을 가진 강수관(downcomer)과 피더의 수두압(gravity head, 비중량 X높이)이 더 높은 마찰과 충격손실을 가진 상승관(Heated Risers)의 수두압과 같아질 때까지 상승합니다. Figure 2는 상하관의 수두압과 밸런스 지점을 보여줍니다.
시스템상 각 회로관들은 자가보완적 입니다. 다시말해, 더 많은 열을 흡수하는 회로는 그만한 밀도 감소가 있고, 그 결과 유량이 평균보다 증가한 지점에서 밸런스가 맞춰집니다. 증가한 유량은 튜브 열전달을 증가 시킵니다. 급열로 인해 자연스럽게 유량이 증가하는 회로를 보통 “자가보완적” 이라 말하거나 또는 “자연순환적 특징” 을 증명했다고 합니다. Figure 3 참고
수벽의 고열 흡수 부분에서 선회(rifled)/리브(ribbed) 튜브 사용은 우수한 튜브냉각 성능을 보이는데, 이는 임계 열부하점(Departure from Nucleate Boiling)으로부터의 마진을 증가시키고 탄소강 튜브사용을 가능케 합니다. Figure 4 참조.
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Figure 1
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Figure 2
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Figure 3
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Figure 4
