배열회수 보일러의 설계적 특징

배열회수 보일러 전열면 배치

- 배열회수 보일러는 배기가스와 유체(증기, 물)의 온도경사가 가능한 서로 평행하도록 각 튜브가 가스통로를 따라 유체온도의 내림차순으로 배치됩니다.

- 대류 열전달에 의한 향류형 열교환기가 이용됩니다.

- 단압식 배열회수 보일러에서는 과열기, 증발기, 절탄기 순으로 배열됩니다.

- 다압식 배열회수 보일러에서는 이러한 일반적인 순서는 유지되나, 여러 부분이 온도경사가 병렬관계가 이루어질 수 있도록 교차 배열됩니다.

 

배열회수 보일러 설계변수

PPT(Pinch Point Temperature)

- PPT는 증발기 출구 배기가스 온도와 그 부분 증발기 증기압력에 상응하는 포화온도와의 온도차이다.

- PPT를 낮추면 증발량이 증가되나 더 많은 전열면적을 필요로 하고 이는 설비 비용 증가와 배기가스 압력강하 손싱을 가져옵니다.

- PPT 변화는 가스 유량과 가스 온도에 비례합니다.

 

AT(Approach Temperature)

- AT는 증발기 압력에 상응하는 증기 포화온도와 절탄기 출구 급수온도의 차를 일컫습니다.

- AT를 낮추면 열회수량은 증가하나, 설비비용과 압력강하 손실이 증가합니다.

- 또한, AT를 낮추게 되면 절탄기 부분의 전열면적이 증가하게 되므로 저부하시나 기동시 절탄기에서의 증발 가능성이 높아져 설비 운전이 불안전해 질 수 있습니다.

 

급수온도

기력 보일러에서는 급수유량이 연소가스 유량에 비해 훨씬 많으며, 효율을 높이기 위해 급수를 급수 가열기에서 높은 온도까지 예열하여 공급하므로 절탄기 입구에서 연소가스와의 온도차가 적어 열교환이 적은 대신 증발기에서 증기 생산에 이용할 수 있는 흡열량이 많습니다. 따라서 증발량은 급수온도의 영향을 크게 받습니다.

 

배열회수 보일러에서는 급수유량이 배기가스 유량에 비해 매우 적으며, 공기예열기가 없어 배기가스 열을 최대한 회수하기 위해 급수온도를 저온부식 한계가지 낮게 공급하므로 절탄기 입구에서 배기가스와의 온도차가 커서 절탄기에서 열교환이 많은 대신 증발기에서 증기 생산에 이용할 수 있는 흡열량이 적습니다. 이는 증기 생산량이 급수온도에 따라 크게 영향 받지 않음을 의미합니다.

 

기존 기력보일러의 절탄기 온단에서 상승한 온도가 동일하지만 급수온도가 200℃일 경우 증발기에서 증기 생산에 이용할 수 있는 흡열량이 더 많음을 알 수 있습니다. 저유황 연료유 또는 가스연료 사용 시는 저온 절탄기를 설치하며 배기온도를 100℃ 이하로 떨어뜨릴 수 있고, 급수온도는 약 60℃ 정도로 낮아도 됩니다.

 

주응기 압력

복합사이클에서는 증기압력이 높다고 하여 효율이 향상되는 것은 아닙니다. 증기압력이 높으면 터빈에서 열낙차가 증가하여 증기터빈 효율은 증가하지만, 증발하는 온도가 더 높아지기 때문에 증기 생산량이 감소하며 결국 배기 열 이용율이 급격히 덜어집니다. 따라서 가장 높은 전체 효율을 동시에 만족하는 최적의 압력을 선택해야 합니다.

 

다압식에서 고압증기 압력은 증기터빈 효율을 높이기 위해 비교적 높아야 하며, 저압증기 압력은 열 회수율을 높이기 위해서 낮아야 합니다. 저압계통의 압력은 가능한 낮은 것이 유리하나 압력이 대략 3㎏/㎠ 이하로 떨어지면 터빈에서 이용 가능한 열 낙차가 너무 작아 경제성이 없을 뿐만 아니라 증기 유량이 매우 커져 설비가 대형화 됩니다.

 

주증기 온도

주증기 온도의 과열도를 높게 설계할 경우 그 영향은 다음과 같습니다.

- 증기터빈 효율이 증가하고 저압단 습분 감소로 최종단 침식이 줄어듭니다.

- 과열기 측 배기가스의 열에너지 소모로 증기생산이 줄어들어 증기유량이 감소되므로 증기터빈 출력은 약간 감소합니다.

- 또한, 과열기 전열면의 증가로 배기가스 통풍 손실은 커집니다.