터빈용 증기 냉각기는 냉각수를 사용하여 터빈에서 배출된 저압 증기를 물로 변환하는 장치입니다. 터빈용 증기 냉각기의 주요 기능은 증기 터빈의 배기측에 낮은 백압을 유지하여 발전소의 효율과 출력을 높이는 것입니다.
터빈에서 배출되는 증기는 그 에너지를 기계 작업으로 전환하기 위해 크게 팽창해야 합니다. 만약 증기가 작업 후 응축되지 않으면 다음 증기가 필요한 부피로 팽창할 공간이 충분하지 않습니다. 따라서 폐쇄 시스템에서 증기를 응축하면 그 부피가 줄어들고 진공이 형성되어 터빈 배출구의 압력이 낮아집니다.
터빈용 증기 냉각기는 냉각실, 냉각수 공급, 습기 공기 펌프, 그리고 핫 웰 등의 구성 요소로 이루어져 있습니다. 냉각실은 증기가 냉각수에 열을 전달하여 응축되는 곳입니다.
냉각수 공급은 냉각탑이나 다른 출처로부터 차가운 물을 제공하여 냉각기에 순환시킵니다. 습기 공기 펌프는 냉각기에서 응축된 증기, 공기, 응축되지 않은 수증기, 기타 가스를 수집하여 대기나 탈산기로 배출합니다. 핫 웰은 응축된 증기가 모이고, 이곳에서 증기 보일러로 급수로 펌핑될 수 있는 곳입니다.
터빈용 증기 냉각기는 주로 제트 냉각기와 표면 냉각기 두 가지 유형이 있습니다. 제트 냉각기에서는 냉각수가 배기 증기에 분사되고 혼합됩니다. 이는 증기를 빠르게 응축시키는 방법이지만, 재사용할 수 없는 오염된 물을 생성합니다.
표면 냉각기에서는 냉각수와 배기 증기가 관 또는 판으로 구분되며, 이 장벽을 통해 열 교환이 이루어져 증기가 응축됩니다. 이는 증기를 느리게 응축시키는 방법이지만, 재사용 가능한 순수한 물을 생성합니다.
터빈용 증기 냉각기를 사용하면 발전에 다음과 같은 여러 가지 이점이 있습니다:
특정 증기 소비를 줄이고 단위 질량당 증기 작업 출력을 높여 발전소의 열 효율을 증가시킵니다.
응축된 증기에서 용해된 가스와 불순물을 제거하여 급수의 품질을 개선합니다.
증기와 냉각수의 직접 접촉을 방지하여 보일러와 터빈의 부식과 침착을 줄입니다.
증기와 냉각수의 배출을 최소화하여 대기나 수체에 대한 환경오염을 줄입니다.
응축된 증기를 급수로 재활용하여 수자원을 절약합니다.
터빈용 증기 냉각기의 작동 원리는 열 전달과 상 변화에 기반합니다. 터빈에서 배출된 증기는 낮은 압력과 높은 온도로 냉각기에 들어갑니다. 냉각수는 낮은 온도와 높은 압력으로 냉각기에 들어갑니다. 두 유체 사이의 열 전달은 물리적으로 이를 분리하는 장벽을 통해 이루어집니다. 장벽은 냉각기의 유형에 따라 관이나 판일 수 있습니다.
열 전달이 이루어짐에 따라 배기 증기의 온도가 감소하고 잠열이 방출됩니다. 잠열은 냉각수에 의해 흡수되어 냉각수의 온도가 상승합니다. 배기 증기는 기체에서 액체로 상태를 바꾸어 응축수로 됩니다. 응축수는 냉각기 하단의 핫 웰에 모입니다. 냉각수는 높은 온도와 낮은 압력으로 냉각기를 빠져나옵니다.
응축수는 응축수 추출 펌프에 의해 탈산기 또는 직접 보일러 급수 펌프로 펌핑됩니다. 탈산기는 응축수에서 남아있는 공기나 가스를 제거하고, 이를 보일러 급수 펌프로 보내기 전에 가열합니다. 보일러 급수 펌프는 급수의 압력을 증가시키고 이를 보일러로 공급합니다.
냉각수는 냉각탑이나 다른 출처로 배출되거나 열교환기나 경제자를 통해 재순환됩니다. 냉각탑은 일부 냉각수를 공기 중으로 증발시켜 냉각수의 온도를 낮춥니다. 열교환기나 경제자는 냉각수의 일부 열을 공기나 급수와 같은 다른 유체로 전달합니다.
응축 기법에 따라 터빈용 증기 냉각기는 주로 제트 냉각기와 표면 냉각기 두 가지 유형이 있습니다.
제트 냉각기에서는 냉각수가 배기 증기에 분사되고 혼합됩니다. 이는 증기를 빠르게 응축시키는 방법이지만, 재사용할 수 없는 오염된 물을 생성합니다. 물과 증기의 혼합물은 핫 웰로 배출되어 습기 공기 펌프에 의해 탈산기나 냉각탑으로 펌핑됩니다.
제트 냉각기는 세 가지 하위 유형이 있습니다: 저수준, 고수준, 및 이젝터 제트 냉각기. 저수준 제트 냉각기에서는 핫 웰이 냉각기와 같은 수준에 위치하며 혼합물이 중력에 의해 흐릅니다. 고수준 제트 냉각기에서는 핫 웰이 냉각기 위에 위치하고 혼합물은 펌프에 의해 들어올립니다. 이젝터 제트 냉각기에서는 냉각수가 고속으로 배기 증기에 주입되어 진공을 형성하여 혼합물을 핫 웰로 빨아들입니다.
제트 냉각기의 장점은 다음과 같습니다:
간단하고 저렴하며 설치와 운영이 쉽습니다.
열 전달률이 높고 압력 손실이 낮습니다.
대규모 냉각수 공급이나 별도의 공기 추출 시스템이 필요하지 않습니다.
제트 냉각기의 단점은 다음과 같습니다:
재사용할 수 없는 불순물이 포함된 물을 생성하여 처리 후 배출해야 합니다.
냉각수와 혼합물을 펌핑하는 데 높은 전력 소모가 필요합니다.
냉각수의 품질과 온도에 영향을 받습니다.
표면 냉각기에서는 냉각수와 배기 증기가 관이나 판과 같은 장벽으로 분리되고, 이 장벽을 통해 열 교환이 이루어져 증기가 응축됩니다. 냉각수는 관이나 판 배열을 통과하고, 배기 증기는 그 외부 표면을 흐릅니다. 증기의 열은 냉각수에 의해 흡수되어 냉각수의 온도가 상승합니다.
배기 증기는 기체에서 액체로 상태를 바꾸어 응축수로 됩니다. 응축수는 냉각기 하단의 핫 웰에 모입니다. 냉각수는 높은 온도와 낮은 압력으로 냉각기를 빠져나옵니다.
표면 냉각기는 두 가지 하위 유형이 있습니다: 하강 유형과 역유형. 하강 유형 표면 냉각기에서는 배기 증기가 상단에서 들어와 관이나 판을 따라 하강합니다. 역유형 표면 냉각기에서는 배기 증기가 한쪽 끝에서 들어와 관이나 판을 따라 상승하고, 냉각수는 반대쪽 끝에서 들어와 이를 따라 하강합니다.
표면 냉각기의 장점은 다음과 같습니다:
재사용할 수 있는 순수한 물을 생성하여 보일러와 터빈의 부식과 침착을 줄입니다.
냉각수와 응축수를 펌핑하는 데 낮은 전력 소모가 필요합니다.
냉각수의 품질과 온도에 영향을 받지 않습니다.
표면 냉각기의 단점은 다음과 같습니다:
복잡하고 비싸며 설치와 운영이 어렵습니다.
열 전달률이 낮고 압력 손실이 높습니다.
대규모 냉각수 공급과 별도의 공기 추출 시스템이 필요합니다.
터빈용 증기 냉각기의 선택은 다음과 같은 여러 요인에 따라 달라집니다:
