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화력 발전소 열정산도 소개 1 / 43

화력 발전소 열정산도 소개

Fossil Power Heat Balance IntroductionRev. 0

2019.05.01

최 호 영Engsoft 발전 연구소 / www.engsoft.co.kr


복합화력 성능2.

화력 발전소 종류1.

열정산도 (Heat Balance Diagram)4.

석탄화력 성능3.

열정산 계산5.


1. 화력 발전소 종류

복합화력 발전소 가스터빈 사이클(Brayton Cycle) + 증기터빈 사이클(Rankine Cycle)의 복합

사이클 구성: 가스터빈 발전기 + 배열회수 보일러(HRSG) + 증기터빈 발전기

(석탄)화력 발전소 증기터빈 사이클 구성: (석탄) 보일러 + 증기터빈 발전기 + 급수 가열기

원자력 발전소(참조)• 증기터빈 사이클• 구성: 원자로 + 증기 발생기 + 증기터빈 발전기 + 급수 가열기


복합화력 사이클 T-S 선도(Brayton Cycle + Rankine Cycle)

Rankine Cycle

Brayton Cycle

Compressor

Combustor

Turbine

BFP

Economizer

Evaporator

Superheater

Turbine

Condenser

복합화력 발전소


복합화력 사이클 흐름도

Brayton CycleRankine Cycle


복합화력 사이클 열정산도


(석탄)화력 증기터빈 사이클 T-S 선도(Regenerative Rankine Cycle with Reheat)

(석탄)화력 발전소


(석탄)화력 증기터빈 사이클 흐름도


(석탄)화력 증기터빈 사이클 열정산도


원자력 발전소 흐름도(Nuclear Power Plant Rankine Cycle)


원자력 발전소 열정산도


IGV

Compressor Turbine

CombustorAir Exhaust Gas

TIT TET

Gas Turbine

Fuel

IGV: Inlet Guide Vane흡입 공기 유량 제어 및 압축기 서지제어 목적

TIT : Turbine Inlet Temp.

TET : Turbine Exhaust Temp.

2. 복합화력 성능

사진

가스터빈 구성 및 용어


가스터빈 터빈 입구 온도(TIT)가 허용 최대 온도가 되는 출력

TIT 허용 최대 온도는 연소기(Combustor) 및 터빈 첫째 단의 재질 및 냉각 방법에 따라 달라짐

TIT 허용 최대 온도가 높을수록 가스터빈 효율이 높고 출력이 큼

가스터빈 배기 가스 오염 물질(Nox)은 저 부하 영역에서 높다가 어느 일정 부하 이상이 되면 환경 규제 값 이하로 배출됨

가스터빈 배기 가스 오염 물질이 환경 규제 값 이하로 운전되는 최저 부하를 가스터빈 최저 운전부하라고 함. 일반적으로 50% 혹은 60% Base Load

가스터빈 최대 출력(Base Load)

가스터빈 최저 운전 부하


가스터빈 IGV와 TIT, TET의 관계

IGV

600

800

1000

1200

1400

0 25 50 75 100 GT Load, %

GTG Gas Temperature Profile with IGV Angle

TIT Limit (1326.7 oC)

TET Limit (648.9 oC)

400

50

60

70

80

90

40

IGV Angle, o

TIT

Temp, oC

TET

BLF MFIL

Base Low FlowMax. Exhaust Flow at Isothermal Limit

TIT Limit: Hot Gas Path 재질과Cooling Method에 따른 온도 제한

TET Limit: Exhaust 재질에 따른 온도 제한

IGV: Inlet Guide Vane


Class GE Model(50 & 60 Hz)

최대출력(SC/CC)

최대효율(SC/CC)

TypicalTIT / TET

H-Class 9HA.027HA.02

571/838 MW384/573 MW

43.9/64.1%42.6/63.4%

1500/650 oC

F-Class 9F.057F.05

314/499 MW243/376 MW

38.6/60.7%39.8/60.4%

1400/640 oC

E-Class 9E.047E.03

145/216 MW91/142 MW

37.0/54.9%33.9/52.5%

1300/550 oC

출처: www.gepower.com 2019.4월 현재 SC: Simple Cycle, CC: Combined Cycle(1-1-1 기준) TIT/TET: Turbine Inlet Tem. /Turbine Exhaust Temp. 최대 출력 및 효율: ISO, LHV, 진(Net) 효율 기준

General Electric(GE)

ISO Condition: Air at 1.013 bara,15 oC, 60% RH



최대출력(SC/CC)

최대효율(SC/CC)

TypicalTIT/TET

H-Class SGT5-9000HLSGT5-9000HL

593/870 MW405/595 MW

42.8/ >63%42.6/ >63%

1500/670 oC

F-Class SGT5-4000FSGT6-5000F

329/475 MW260/387 MW

41.0/59.7 %40.0/59.6%

1400/610 oC

E-Class SGT5-2000ESGT6-2000E

187/275 MW117/174 MW

36.5/53.3%35.4/52.2%

1300/530 oC

출처: Siemens Gas Turbine Portfolio Brochure print version (Feb. 2019) SC: Simple Cycle, CC: Combined Cycle(1-1-1 기준) TIT/TET: Turbine Inlet Tem. /Turbine Exhaust Temp. 최대 출력 및 효율: ISO, LHV, 진(Net) 효율 기준

Siemens



최대출력(SC/CC)

최대효율(SC/CC)

TypicalTIT/TET

J-Class M701JAC (1)M501JAC

448/650 MW425/614 MW

44.0/64.0%44.0/64.0%

1600/650 oC

H-Class M701G (2)M501GAC

334/498 MW283/427 MW

39.5/59.3%40.0/60.5%

1500/610 oC

F-Class M701FM501F

385/566 MW185/285 MW

41.9/62.0 %37.0/57.1 %

1400/620 oC

E-Class M701DAM501DA

144/213 MW114/167 MW

34.8/51.4%34.9/51.4%

1300/540 oC

출처: www.mhps.com 2019.4월 현재 SC: Simple Cycle, CC: Combined Cycle(1-1-1 기준) TIT/TET: Turbine Inlet Tem. /Turbine Exhaust Temp. 최대 출력 및 효율: ISO, LHV, 진(Net) 효율 기준

MHPS

(1) 2018 Version(2) Steam Cooled Gas Turbine


3. 석탄화력 성능

증기형식 증기온도 증기압력 효율, LHVAdvanced Ultra Super-critical

(초초초임계압)

1300 ~ 1400 oF(700 ~ 760 oC)

3500 ~5250 psig(25 ~ 35 Mpa)

45 ~ 52%

Ultra Super-critical(초초임계압)

1100 ~ 1200 oF(600 ~ 650 oC)

3185 ~3500 psig(22.1 ~ 25 Mpa)

40 ~ 45%

Super-critical(초임계압)

1000 ~ 1100 oF(540 ~ 600 oC)

3185 ~3500 psig(22.1 ~ 25 Mpa)

35 ~ 40%

Sub-critical(아임계압)

1000 oF이하(540 oC이하)

3185 psig 이하(22.1 Mpa이하)

35% 이하

Critical Pressure of Water: 3185.42 psig (22.064 Mpa)


초초초 임계압(A-USC) 강(Steel) 재질


4. 열정산도 (Heat Balance Diagram)

발전소 EPC 설계의 시작점으로 발전소 주 열 사이클의 압력, 온도, 유량선정

열역학 계산


EPC 설계의 시작

보증 출력 및 보증 열효율을 얻기 위한 주 사이클의 압력, 온도, 유량 확정-> 주기기 보증 설계 조건 제공

부분 부하 및 비정상 운전 상태에서의 주 사이클 압력, 온도, 유량 예측-> 주 사이클 기기의 설계 조건 제공

모든 EPC 설계의 압력, 온도, 유량 값은 열정산도 값을 기준으로 시작함


주 사이클 계통(복합화력 및 석탄화력 공통)

한글 영문 보기

주 (혹은 고압 ) 증기 계통 Main (or High Pressure) Steam System

CCPP TPP

저온 재열 증기 계통 Cold Reheat Steam System CCPP TPP

고온 재열 증기 계통 Hot Reheat Steam System CCPP TPP

복수기 Condenser CCPP TPP

복수 계통 Condensate System CCPP TPP

탈기기 Deaerator CCPP TPP

급수 계통 Feed Water System CCPP TPP

공통 주기기: Steam Turbine Generator(STG) CCPP TPP 사진1 사진2


주 사이클 계통(복합화력 고유)


중압 증기 계통 Intermediate Pressure Steam System

CCPP

저압 증기 계통 Low Pressure Steam System CCPP

복합화력 주기기: Gas Turbine Generator(GTG) CCPP 사진1 사진2 사진3 Heat Recovery Steam Generator(HRSG) CCPP 사진1 사진2


주 사이클 계통(석탄화력 고유)


터빈 추기 증기 계통 Turbine Extraction Steam System

TPP

고압 급수 가열기 High Pressure Feed Water Heater

TPP

저압 급수 가열기 Low Pressure Feed Water Heater TPP

급수 가열기 배수 계통 Feed Water Heater Drain System TPP

석탄화력 주기기: Boiler

[문제 1] 그럼 Turbine Bypass Steam System 어디에? (CCPP)(HP Steam Bypass System & Hot Reheat Steam Bypass System)


열정산도 도면(2-2-1 복합화력)

도면 설명

2GT Base Load at ISO Condition (Guarantee Load)

2대 가스터빈이 ISO 조건에서 최대 출력(Base Load)으로 운전되는 열정산도 (보증 출력 열정산도)

2GT 75% Base Load at ISO Condition 2대 가스터빈이 ISO 조건에서 최대 출력의75% 부분 부하 열정산도 (최대 부하와 최저 부하 사이의 중간 부하)

2GT 50% Base Load at ISO Condition 2대 가스터빈이 ISO 조건에서 최대 출력의50% 부분 부하 열정산도 (최저 운전 부하)

1GT at ISO Condition• Base Load at ISO Condition• 50% Base Load at ISO Condition

1대 가스터빈이 ISO 조건에서 최대 출력 및50% 부분 부하에서의 열정산도

ISO Condition: Air at 1.013 bara,15 oC, 60% RH


열정산도 도면(2-2-1 복합화력)(계속)

도면 설명

At Highest Ambient Condition• 2GT Base Load• 1GT Base Load • 1GT 50% Base Load

가스터빈이 최고 주변 온도 조건에서 운전되는열정산도 (가스터빈 최소 출력) -> 여름철 복합화력 운전 상태 확인

At Lowest Ambient Condition• 2GT Base Load• 1GT Base Load • 1GT 50% Base Load

가스터빈이 최고 주변 온도 조건에서 운전되는열정산도 (가스터빈 최대 출력 -> 겨울철 복합화력 운전 상태 확인

Steam Turbine Bypass Operation• 2GT Base Load Trip• 1GT Base Load Trip• 1GT 50% Base Load Trip• Re-Start, Hot Start, Warm Start, Cold

Start

증기터빈 우회 밸브(ST Bypass Valve) 운전

주변 대기 조건에 따른 가스터빈 성능 변화


열정산도 도면(석탄화력)

도면 설명

VWO(Valve Wide Open) Load 증기터빈 운전 가능 최대 부하

MCR(Maximum Continuous Rating) Load(Guarantee Load)

증기터빈 정격 출력 (성능 보증 출력)

Part Load:• 75% MCR• 50% MCR• 40% MCR

부분 부하 및 최저 운전 부하(40%인 경우)

FW Heater Out of Service• HP Heater Out of Service• LP Heater Out of Service

급수 가열기 고장 시 운전

Steam Turbine Bypass Operation• MCR Load Trip• Re-Start, Hot Start, Warm Start, Cold

Start

증기터빈 우회 밸브(ST Bypass Valve)


적용 역학

질량 보존의 법칙

열역학 제 1 법칙 (에너지 보존의 법칙)

열역학 제 2 법칙 (엔트로피 증가의 법칙)

5. 열정산 계산


교축 과정 = 등엔탈피 과정(Throttling Process = Isoenthalpic Process)

주 (혹은 고압 ) 증기 계통 저온 재열 증기 계통 고온 재열 증기 계통 중압 증기 계통 저압 증기 계통 터빈 추기 증기 계통 기타 압력 강하 과정

교축 과정 = 압력 강하 과정


교축 과정 예제 (주증기 계통)

보일러 출구 터빈 입구

130 P 567 T

182 G 3515.7 H

P(bara) T(oC)

G(t/h) H(kJ/kg)

압력 강하 = 5%, 방열 손실 = 2 kJ/kg(주증기 계통의 경우에만 방열 손실 고려, 기타 계통의 경우 압력 강하만 고려함)

123.5 P 563.8 T

182 G 3513.7 H

< 터빈 입구 증기 계산 >

터빈 입구 압력 = 130 x 0.95 = 123.5 (bara)

터빈 입구 엔탈피 = 3515.7 2 = 3513.7 (kJ/kg) [에너지 보존의 법칙]

터빈 입구 온도 = 563.8 oC @ 123.5 bara & 3513.7 kJ/kg

터빈 입구 유량 = 182 t/h [질량 보존의 법칙]


복수기 계산 예제

P(bara) T(oC)

G(t/h) H(kJ/kg)

< 복수기 계산 > 냉각수 온도 상승 = 7 oC [환경규제에 의해 제한] 냉각수 출구 온도 = 15 + 7 = 22 (oC) 복수기 TTD = 2.8 oC [HEI Standard 최저 온도] 복수기 온도 = 22 + 2.8 = 24.8 (oC) 복수기 압력 = 0.031 bara (24.8 oC 포화 압력) [낮을수록 터빈 출력 및 효율 증가] 복수기 출구 응축수 엔탈피 = 104.0 kJ/kg (24.8 oC 포화수 엔탈피) 터빈 배기 증기 엔탈피 및 유량 = 2345.0 kJ/kg & 475 t/h (터빈 제작자 제공) 냉각수 유량 계산 = (2345.0 104.0) x 475 / (92.5 63.2) = 36330 (t/h)

[복수기 최적화 설계 : 터빈 효율 및 출력, 복수기 표면적/가격, 냉각수 펌프 소모 동력 등을 경제적인 관점에서 분석하여 최적의 냉각수 온도 상승 값 및 복수기 TTD 선정

출구 냉각수

0.031 P 24.8 T

475 G 104.0 H

2 P 15 T

36330 G 63.2 H

입구 냉각수

0.031 P 24.8 T

475 G 2345.0 H

2 P 22 T

36330G 92.5 H

응축수

터빈 배기 증기


탈기기 계산 예제

P(bara) T(oC)

G(t/h) H(kJ/kg)

< 탈기기 계산 >

가열 증기 조건 = 10 bara, 455 oC [가열 증기 공급원에 의해 결정됨, 터빈 추기 혹은 보조 증기] 탈기기 내부 압력 및 온도 = 10 bara, 179.9 oC [가열 증기 압력 및 포화 온도] 급수 펌프 흡입측 급수 유량 = 2128 t/h [= 보일러 입구 급수 유량] 저압 급수 가열기 급수 조건 = 20 bara, 150 oC [저압 급수 가열기 설계 조건에 의해 결정됨] 고압 급수 가열기 배수 조건 = 535 t/h @ 18.5 bara, 193 oC [고압 급수 가열기 계산에서 결정됨] 가열 증기 유량 = A, 저압 급수 가열기 급수 유량 = B 질량 보존의 법칙: A + B + 535 = 2128 에너지 보존의 법칙: A x 3381.9 + B x 633.2 + 535 x 821.1 = 2128 x 762.7 A = 63.7 (t/h), B = 1529.3 (t/h)

저압 급수 가열기급수

10 P 179.9 T

2128 G 762.7 H18 P 193 T

535 G 821.1 H

10 P 455 T

63.7 G 3381.9 H

급수(급수 펌프 흡입측)

가열 증기

고압 급수 가열기배수

20 P 150 T

1529.3 G 633.2 H

10 P

179.9 T

탈기기


급수 가열기 계산 예제P(bara) T(oC)

G(t/h) H(kJ/kg)

< 급수 가열기 계산 > 급수 가열기 TTD 및 DCA 선정: TTD = - 1.7 oC, DCA = 5.6 oC [HEI 표준에 따라 선정] 가열 증기 조건 = 18 bara, 545 oC [가열 증기 공급원에 의해 결정됨, 터빈 추기] 급수 가열기 내부 압력 및 온도 = 18 bara, 207.1 oC [가열 증기 압력 및 포화 온도] 급수 압력 = 375 bara [급수 공급 펌프 압력에 따라 결정] 급수 유량 = 2128 t/h [= 보일러 입구 급수 유량] 입구 급수 온도 = 187 oC [하류측 급수 가열기 계산에 의해 결정됨] 상류측 급수 가열기 배수 조건 = 478 t/h @ 32 bara, 215 oC [상류측 급수 가열기 계산에 의해 결정됨] 출구 급수 온도 = 207.1 (-1.7) = 208.8 (oC) [= 급수 가열기 내부 온도 TTD] 배수 온도 = 187 + 5.6 = 192.6 (oC) [= 입구 급수 온도 + DCA] 가열 증기 유량 = {2128 x (907.0 812.9) 478 x (920.9 819.4)} / (3569.6 819.4) = 55.2 (t/h) 배수 유량 = 478 + 55.2 = 533.2 (t/h) [에너지 보존의 법칙 및 질량 보존의 법칙]

입구 급수

32 P 215 T

478 G 920.9 H상류측 급수 가열기 배수

가열 증기

18 P207.1 T

급수가열기

출구 급수

배수

18 P 192.6 T

533.2 G 819.4 H

375P 187 T

2128 G 812.9 H

375 P 208.8 T

2128 G 907.0 H

18 P 545 T

55.2 G 3569.6 H

TTD: Terminal Temp. DifferenceDCA: Drain Cooler Approach


증기 터빈 계산 예제

P(bara) T(oC)

G(t/h) H(kJ/kg)

< 증기 터빈 계산 >

증기 터빈 축(Wheel) 효율 = 88% [터빈 설계에 의해 결정] 입구 증기 조건 = 2128 t/h @ 300 bara, 700 oC, 3744.2 kJ/kg, 6.5602 kJ/kg/K 배기 증기 압력 = 132 bara [배기/추기 계통에 의해 결정] 증기 터빈 가용 에너지 끝점 엔탈피 = 3437.0 kJ/kg @ 132 bara, 6.5602 kJ/kg/K

[등엔트로피 팽창 끝점 = Available Energy End Point, AEEP] 증기 터빈 가용 에너지 = 3744.2 3437.0 = 307.2 (kJ/kg)[= Available Energy, AE] 증기 터빈 사용 에너지 = 307.2 x 88% = 270.3 (kJ/kg) [Used Energy, UE] 증기 터빈 사용 에너지 끝점 엔탈피 = 3744.2 270.3 = 3473.9 kJ/kg[Used Energy End Point, UEEP] 증기 터빈 기계 효율 및 발전기 효율 = 99% 및 98% [터빈 발전기 설계에 의해 결정] 증기 터빈 발전기 출력 = 2128 x 270.3 / 3.6 x 99% x 98% = 155016 kW [Turbine Generator Output]

배기 증기

300 P 700 T

2128 G 3744.2 H

입구 증기

132 P 551.7 T

2128 G 3473.9 H

G 155016 kW


증기 터빈 팽창 선도Steam Turbine Expansion h-s Diagram

Inlet Steam

AE EE

AEEP

Pi : Inlet Steam Pressure Pe : Exhaust Steam Pressure

h(Enthalpy)

S(Entropy)

Turbine Internal Efficiency = EE / AETurbine Wheel Efficiency = UE / AE

UE

ELEP

UEEP

EL

Pi

Pe

AE : Available Energy AEEP : Available Energy End PointEE : Expansion EnergyELEP : Expansion Energy End PointEL : Exhaust LossUE : Used EnergyUEEP : Used Energy End Point


열정산 계산 예제

G

80 P

50 G

540 T

3497.5 H

76 P

50 G

537.5 T

3495.5 H

Boiler

Steam Turbine

100 P

50 G

220 T

945.9 H

25.8 P

5.26 G

392.5 T

3221.7 H

6.24 P

4.65 G

294.3 T

3049.6 H0.93 P

4.42 G

103.7 T

2684.4 H

0.031 P

35.67 G

24.8 T

2319.3 H

CEP

BFP (dH = 13.7)

Output : 13085 kW

P(bara)

G(t/h)

T(oC)

H(kJ/kg)

680.6 H

15 T

24.8 T 104.0 H

5.87 P

50 G

158 T

666.9 H

92 T

24.5 P222.8 T

2.8 TD5.6 DC

0.84 P94.8 T

2.8 TD5.6 DC

5.87 P158 T

159.9 T

22 T

700.5 H

165.5 T

386.1 H

127.5 H

30.4 T

5.26 G

40.09 G

4.42 G


예제 열정산 계산

< 터빈 입구 증기 계산 > 보일러 출구 증기 조건 = 50 t/h @ 80 bara, 540 oC, 3497.5 kJ/kg 압력 강하 = 5%, 방열 손실 = 2 kJ/kg 터빈 입구 압력 = 80 x 0.95 = 76 (bara) 터빈 입구 엔탈피 = 3497.5 2 = 3495.5 (kJ/kg) 터빈 입구 온도 = 537.5 oC @ 76 bara & 3495.5 kJ/kg 터빈 입구 유량 = 50 t/h

< 복수기 압력 및 온도 계산 > 냉각수 입구 온도 = 15 oC 냉각수 온도 상승 = 7 oC 냉각수 출구 온도 = 15 + 7 = 22 (oC) 복수기 TTD = 2.8 oC 복수기 온도 = 22 + 2.8 = 24.8 (oC) 복수기 압력 = 0.031 bara (24.8 oC 포화 압력) 복수기 출구 응축수 엔탈피 = 104.0 kJ/kg (24.8 oC 포화수 엔탈피)

< 증기 터빈 배기 증기 계산 > 증기 터빈 축(Wheel) 효율 = 80% 증기 터빈 배기 증기 압력 = 0.031 bara 증기 터빈 입구 증기 엔트로피 = 6.8702 kJ/kg/K @ 76 bara, 537.5 oC 증기 터빈 가용 에너지 끝점 엔탈피 = 2041.3 kJ/kg @ 0.031 bara, 6.8702 kJ/kg/K 증기 터빈 가용 에너지 = 3495.5 2041.3 = 1470.2 (kJ/kg) 증기 터빈 사용 에너지 = 1470.2 x 80% = 1176.2 (kJ/kg) 증기 터빈 사용 에너지 끝점 엔탈피 = 3495.5 1176.2 = 2319.3 kJ/kg (Quality = 0.907, OK > 0.86)


< 급수 가열기 출구 온도 선정 > 최적 최종 급수 온도(고압 급수 가열기 출구 최적 급수 온도) = 220 oC

[가열기 3개 설치 시 최적 온도, 최대 급수 엔탈피 상승 값의 70%] 탈기기 및 저압 급수 가열기 출구 급수 온도 = 158 oC 및 92 oC [급수 가열기 간 동일 급수 엔탈피 상승 온도]

< 급수 가열기 설계 조건 선정 >

출구 급수 온도(oC)

추기 배관압력 강하 (%)

TTD(oC)

DCA(oC)

고압 급수 가열기 220 5 2.8 5.6

탈기기 158 6 N/A N/A

저압 급수 가열기 92 10 2.8 5.6

< 고압 급수 가열기 압력 및 온도 계산> 보일러 급수 압력 = 80 x 125% = 100 bara 보일러 입구 급수 조건 = 50 t/h @ 100 bara, 220 oC, 945.9 kJ/kg 고압 급수 가열기 쉘 내부 응축 구역 온도 = 220 + 2.8(TTD) = 222.8 (oC) [Condensing Zone Temp.] 고압 급수 가열기 쉘 내부 압력 = 24.5 bara [= 222.8 oC 포화 압력] 고압 급수 가열기 터빈 추기 압력 = 24.5 / (100% 5%) = 25.8 (bara)


< 탈기기 압력 및 온도 계산> 탈기기 내부 압력 = 5.87 bara [= 158 oC 포화 압력] 탈기기 출구 급수 조건 = 50 t/h @ 5.87 bara, 158 oC, 666.9 kJ/kg, 1.9228 kJ/kg/K 탈기기 터빈 추기 압력 = 5.87 / (100% 6%) = 6.24 (bara)

< 보일러 급수 펌프(BFP) 출구 급수 온도 계산> BFP 출구 압력 = 100 bara BFP 출구 가용 에너지 끝점 엔탈피 = 677.2 kJ/kg @ 100 bara, 1.9228 kJ/kg/K [등엔트로피 압축 끝점] BFP 효율 = 75% BFP 가용 에너지 = 677.2 666.9 = 10.3 (kJ/kg) BFP 사용 에너지 = 10.3 / 75% = 13.7 (kJ/kg) BFP 사용 에너지 끝점 엔탈피 = 666.9 + 13.7 = 680.6 (kJ/kg) BFP 출구 급수 온도 = 159.9 oC

< 고압 급수 가열기 배수 온도 계산> 고압 급수 가열기 배수 온도 = 159.9 + 5.6(DCA) = 165.5 (oC) 고압 급수 가열기 배수 엔탈피 = 700.5 kJ/kg @ 24.5 bara, 165.5 oC

< 저압 급수 가열기 압력 및 온도 계산> 응축수 펌프(CEP) 출구 압력 = 5.87 x 170% = 10 bara 저압 급수 가열기 쉘 내부 응축 구역 온도 = 92 + 2.8(TTD) = 94.8 (oC) [Condensing Zone Temp.] 저압 급수 가열기 쉘 내부 압력 = 0.84 bara [= 94.8 oC 포화 압력] 저압 급수 가열기 터빈 추기 압력 = 0.84 / (100% 10%) = 0.93 (bara) 저압 급수 가열기 출구 급수 엔탈피 = 386.1 kJ/kg @ 10 bara, 92 oC 저압 급수 가열기 배수 온도 = 24.8 + 5.6 = 30.4 (oC) 저압 급수 가열기 배수 엔탈피 = 127.5 kJ/kg @ 0.84 bara, 30.4 oC [CEP에 의한 엔탈피 상승 무시]


< 증기 터빈 고압 급수 가열기 추기 증기 온도 및 엔탈피 계산 > 증기 터빈 축(Wheel) 효율 = 80% 증기 터빈 추기 증기 압력 = 25.8 bara 증기 터빈 입구 증기 엔트로피 = 6.8702 kJ/kg/K @ 76 bara, 537.5 oC 증기 터빈 가용 에너지 끝점 엔탈피 = 3153.2 kJ/kg @ 25.8 bara, 6.8702 kJ/kg/K 증기 터빈 가용 에너지 = 3495.5 3153.2 = 342.3 (kJ/kg) 증기 터빈 사용 에너지 = 342.3 x 80% = 273.8 (kJ/kg) 증기 터빈 사용 에너지 끝점 엔탈피 = 3495.5 273.8 = 3221.7 kJ/kg [= 추기 엔탈피] 증기 터빈 추기 온도 = 392.5 oC @ 25.8 bara, 3221.7 kJ/kg

< 증기 터빈 탈기기 추기 증기 온도 및 엔탈피 계산 > 증기 터빈 축(Wheel) 효율 = 80% 증기 터빈 추기 증기 압력 = 6.24 bara 증기 터빈 입구 증기 엔트로피 = 6.8702 kJ/kg/K @ 76 bara, 537.5 oC 증기 터빈 가용 에너지 끝점 엔탈피 = 2813.1 kJ/kg @ 6.24 bara, 6.8702 kJ/kg/K 증기 터빈 가용 에너지 = 3495.5 2813.1 = 682.4 (kJ/kg) 증기 터빈 사용 에너지 = 682.4 x 80% = 545.9 (kJ/kg) 증기 터빈 사용 에너지 끝점 엔탈피 = 3495.5 545.9 = 3049.6 kJ/kg [= 추기 엔탈피] 증기 터빈 추기 온도 = 294.3 oC @ 6.24 bara, 3049.6 kJ/kg


< 증기 터빈 저압 급수 가열기 추기 증기 온도 및 엔탈피 계산 > 증기 터빈 축(Wheel) 효율 = 80% 증기 터빈 추기 증기 압력 = 0.93 bara 증기 터빈 입구 증기 엔트로피 = 6.8702 kJ/kg/K @ 76 bara, 537.5 oC 증기 터빈 가용 에너지 끝점 엔탈피 = 2481.6 kJ/kg @ 0.93 bara, 6.8702 kJ/kg/K 증기 터빈 가용 에너지 = 3495.5 2481.6 = 1013.9 (kJ/kg) 증기 터빈 사용 에너지 = 1013.9 x 80% = 811.1 (kJ/kg) 증기 터빈 사용 에너지 끝점 엔탈피 = 3495.5 811.1 = 2684.4 kJ/kg [= 추기 엔탈피] 증기 터빈 추기 온도 = 103.7 oC @ 0.93 bara, 2684.4 kJ/kg

< 고압 급수 가열기 추기 증기 유량 계산 > 추기 증기 유량 = 50 x (945.9 680.6) / (3221.7 700.5) = 5.26 (t/h) [에너지 보존 법칙]

< 탈기기 추기 증기 유량 계산 > 추기 증기 유량 = A, 저압 급수 가열기 급수 유량 = B, 고압 급수 가열기 배수 유량 = 5.26 t/h 질량 보존의 법칙: A + B + 5.26 = 50 에너지 보존의 법칙: A x 3049.6 + B x 386.1 + 5.26 x 700.5 = 50 x 666.9 A = 4.65 (t/h), B = 40.09 (t/h)

< 저압 급수 가열기 추기 증기 유량 계산 > 추기 증기 유량 = 40.09 x (386.1 104.0) / (2684.4 127.5) = 4.42 (t/h) [에너지 보존 법칙]

< 증기 터빈 배기(복수기 유입) 유량 계산 > 배기 유량 = 50 5.26 4.65 4.42 = 35.67 (t/h)


< 증기 터빈 발전기 출력 계산 > 증기 터빈 기계 효율 및 발전기 효율 = 99% 및 97% 증기 터빈 발전기 출력 = {5.26 x (3495.5 3221.7) + 4.65 x (3495.5 3049.6) + 4.42 x (3495.5

2684.4) + 35.67 x (3495.5 2319.3)} / 3.6 x 99% x 97% = 13085 kW

< 증기 터빈 사이클 열소비율 및 효율 계산 > 사이클 열소비율(Heat Rate) = 50 x 1000 x (3497.5 945.9) / 13085 = 9750 (kJ/kWh) 사이클 효율 = 3600 / 9750 x 100 = 36.9 (%)


열정산 계산 건전성 확인

< 사이클 질량 보존의 법칙 확인 > 이제까지의 계산에서 질량 보존의 법칙이 적용되지 않은 복수기에서의 질량 보존의 법칙 확인 복수기 유입 유량 = 35.67 + 4.42 = 40.09 (t/h) 복수기 유출 유량 = 40.09 t/h 질량 보존의 법칙 확인

< 사이클 에너지 보존의 법칙 확인 > 사이클 출열:

발전기 출력(기계 손실 및 발전기 손실 포함) = 13085 kW / 99% / 97% x 3.6 = 49053 MJ/hr복수기 냉각수 흡수열 = 35.67 x (2319.3 - 100.4) + 4.42 x (127.5 100.4) = 79268 (MJ/hr)주증기 배관 방열 손실 = 50 x 2 = 100 (MJ/hr)총 사이클 출열 = 49053 + 79268 + 100 = 128421 (MJ/hr)

사이클 입열:보일러 입열 = 50 x (3497.5 - 945.9) = 127580 MJ/hrBFP 입열 = 50 x 13.7 = 685 MJ/hr총 사이클 입열 = 127580 + 685 = 128265 (MJ/hr)

입출열 오차 = (1 - 128265 / 128421) x 100 = 0.12% -> OK 에너지 보존의 법칙 확인

(끝)

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