순환 유동상 보일러의 동적 성능 예측 모형 개발에 관한 연구

Abstract

보일러 설계는 정상 상태에서 필요 부하에 따라서 열 효율이 최대가 되도록 설계가 이루어진다. 그러나 실제 보일러의 운전은 수많은 과도적인 상황에서 이루어지며, 이러한 과도 상태에 대해서도 최적의 성능 및 안전 요건을 충족시켜야 한다. 과도 상황에서 적절한 성능 예측이 이루어진다면, 보일러 구성 장치들에 대한 성능 평가와 보일러 제어 방법 및 운전 절차를 평가할 수 있다. 이와 같은 성능 예측의 중요성으로 인하여 지금까지 여러 보일러에 대한 성능 예측 모델이 개발되어 왔다. 본 연구에서는 순환 유동상 연소로는 연소실 내부에서 고체 순환부의 존재로 큰 열 용량과 혼합 효과를 가지며, 이로 인해 다양한 등급의 연료를 사용할 수 있다. 아직까지 순환 유동상 보일러에 대한 연구는 대부분 연소로의 수력학적 특성, 열전달, 연소 반응을 중심으로 한 연구가 대부분이며 물-증기측을 함께 고려한 연구는 많지 않다. 따라서, 본 연구는 고체-가스 측과 물-증기 측을 함께 고려한 전체 보일러 시스템의 동적 성능 예측 모델을 개발하는 것을 목표로 한다. 순환 유동상 보일러의 각 측에 대하여 일반적으로 사용되는 수학적 모델링 방법을 이용하였으며, 각 구성 장치의 특성에 따라 1차원, 1.5차원으로 모델을 적용하였다. 구현된 모델의 검증은 시간당 1025톤의 용량을 갖는 순환 유동상 보일러의 실제 운전 데이터와 비교를 통하여 이루어 졌다. 검증 결과 주요 동적 상황에서 비교적 정확한 예측을 보이는 것으로 확인되었다. 본 연구의 주요 목표는 대형 순환 유동상 보일러에 대하여 물-증기 측과 가스-고체 측, 수관 측을 함께 고려하여 동적 성능 모사를 수행하는 모형을 개발하는 것이다. 이러한 연구는 최적의 운전 가이드 라인을 제시하거나 안정적인 운전을 보장하는데 활용될 수 있을 것이다. 또한 개발된 모델은 운전 기사를 교육하거나 동적인 상황에서 성능을 평가하는 자료로도 활용될 수 있을 것이다.