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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 주원구
- 발행연도
- 2017
- 저작권
- 연세대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수1
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최근 대기환경 미세먼지 문제가 이슈화 되고 있다. 연구 Model은 수도권에 위치한 대용량 석탄 화력발전소로 환경특별법, 관공서와 환경협정, 협약 등을 통해 세계적 수준으로 배출 규제치를 엄격히 관리하고 있으며, 환경 및 통풍설비의 성능향상을 위한 설비 개선을 지속적으로 수행하고 있다. 석탄 화력발전소 탈황설비의 배기가스 불균일 유동은 SOx 제거효율 저하, Duct 및 구조물, Blade 편마모 등 기계장치 수명단축 등의 문제를 발생시키므로 설계 단계에서 이를 최적화하여 Duct 및 Guide Vane을 설계하여야 한다.
본 연구는 승압팬 전후단에 설치된 Guide vane 2개소에 대하여 각 Vane의 수량, 위치, 형상 등을 변화시켜 승압팬 전단에서의 유동 균일도를 분석하고, 이를 토대로 최적 설계방안을 제시하고자 한다. 유동 해석을 위하여 상용 전산수치해석 프로그램인 ANSYS CFX 17.2를 사용하였으며, 유동상태는 정상상태, 작동유체는 비압축성의 Air Ideal Gas로 가정하였다. 난류 해석을 위하여 k-Epsilon model을 적용하였고, 경계조건은 Velocity-inlet, Flow-outlet으로 설정하여 입구측은 5.597 m/s, 47.4 °C, 출구측은 1088.72 kg· s-1을 입력하였다. 유동불균일 원인을 분석하기 위해 덕트 형상과 개별 Guide Vane이 유동에 미치는 영향을 알아보고, 승압팬 전단의 두 개의 덕트로 분기되기 전 Plane ①과 분기된 후 각 승압팬 곡관부 전단인 Plane ②의 속도분포 및 유동상태, 최고속도 및 배기가스 입출구 차압 변화를 연구하였다.
Case study 유형은 총 13개로 구성하였으며, 1단계 승압팬 전후단 Guide Vane 수량 변경을 통한 최적화에서 7가지의 Case study를 하였으며, 2단계 Guide Vane A의 위치 최적화에서는 4가지의 Case를 검토하였다. 3단계에서는 1,2 단계에서 개선효과가 가장 좋은 Case를 조합해 보았으며, 형상변경으로 Vane길이를 줄이고 대신 수량을 조정한 Case Study 포함하여 2가지 Case 를 연구해 보았다.
1단계 승압팬 전 후단 Guide Vane 수량 변경을 통한 최적화에서 Case 7의 경우(Vane조합 전단 3개, 후단 2개) 가 가장 개선된 RMS(%)값을 보였으며, 2단계 Guide Vane A 위치 최적화 에서는 Case 7-2의 경우(③번 Vane을 기준 위치에서 ＋250mm, 하부 방향 위치로 이동한 case)가 가장 개선된 RMS(%)값을 나타내었다. 3단계에서는 1, 2 단계에서 개선된 Case를 종합하여 Case 8(case 4와 case 7-2 조합)이 가장 개선된 RMS(%) 값을 나타내었다.
현재 운전 중인 Current model 대비 Guide Vane을 개선하였을 경우 속도편차 실효치비율[RMS(%)] 값이 Guide Vane A 후단부 Plane ①에서 7.9%에서 6.9%로, 승압팬 전단부인 Plane ②에서는 17.5에서 15.7로 각각 15%와 10% 개선되었으며, 평균값으로 비교하여 보면 개선 전 12.7%에서 개선 후 11.2%로 기존 대비 11.8%의 유동 균일도 개선효과를 얻을 수 있었다. 또한 열교환기(GGH Reheater)입구와 Stack 출구와의 차압은 개선 전 2190 Pa에서 2042 Pa로 약 6.8%의 개선효과를 얻을 수 있었다.
본 연구는 승압팬 전후단에 설치된 Guide vane 2개소에 대하여 각 Vane의 수량, 위치, 형상 등을 변화시켜 승압팬 전단에서의 유동 균일도를 분석하고, 이를 토대로 최적 설계방안을 제시하고자 한다. 유동 해석을 위하여 상용 전산수치해석 프로그램인 ANSYS CFX 17.2를 사용하였으며, 유동상태는 정상상태, 작동유체는 비압축성의 Air Ideal Gas로 가정하였다. 난류 해석을 위하여 k-Epsilon model을 적용하였고, 경계조건은 Velocity-inlet, Flow-outlet으로 설정하여 입구측은 5.597 m/s, 47.4 °C, 출구측은 1088.72 kg· s-1을 입력하였다. 유동불균일 원인을 분석하기 위해 덕트 형상과 개별 Guide Vane이 유동에 미치는 영향을 알아보고, 승압팬 전단의 두 개의 덕트로 분기되기 전 Plane ①과 분기된 후 각 승압팬 곡관부 전단인 Plane ②의 속도분포 및 유동상태, 최고속도 및 배기가스 입출구 차압 변화를 연구하였다.
Case study 유형은 총 13개로 구성하였으며, 1단계 승압팬 전후단 Guide Vane 수량 변경을 통한 최적화에서 7가지의 Case study를 하였으며, 2단계 Guide Vane A의 위치 최적화에서는 4가지의 Case를 검토하였다. 3단계에서는 1,2 단계에서 개선효과가 가장 좋은 Case를 조합해 보았으며, 형상변경으로 Vane길이를 줄이고 대신 수량을 조정한 Case Study 포함하여 2가지 Case 를 연구해 보았다.
1단계 승압팬 전 후단 Guide Vane 수량 변경을 통한 최적화에서 Case 7의 경우(Vane조합 전단 3개, 후단 2개) 가 가장 개선된 RMS(%)값을 보였으며, 2단계 Guide Vane A 위치 최적화 에서는 Case 7-2의 경우(③번 Vane을 기준 위치에서 ＋250mm, 하부 방향 위치로 이동한 case)가 가장 개선된 RMS(%)값을 나타내었다. 3단계에서는 1, 2 단계에서 개선된 Case를 종합하여 Case 8(case 4와 case 7-2 조합)이 가장 개선된 RMS(%) 값을 나타내었다.
현재 운전 중인 Current model 대비 Guide Vane을 개선하였을 경우 속도편차 실효치비율[RMS(%)] 값이 Guide Vane A 후단부 Plane ①에서 7.9%에서 6.9%로, 승압팬 전단부인 Plane ②에서는 17.5에서 15.7로 각각 15%와 10% 개선되었으며, 평균값으로 비교하여 보면 개선 전 12.7%에서 개선 후 11.2%로 기존 대비 11.8%의 유동 균일도 개선효과를 얻을 수 있었다. 또한 열교환기(GGH Reheater)입구와 Stack 출구와의 차압은 개선 전 2190 Pa에서 2042 Pa로 약 6.8%의 개선효과를 얻을 수 있었다.
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