콘덴서 성능 모니터링(1부)

두 부분으로 구성된 이 시리즈의 전반부는 응축기 열 전달의 중요성 뒤에 있는 기본 아이디어를 검토합니다.

브래드 뷰커(Brad Buecker) – Buecker & Associates, LLC

최근 Power Engineering 기사에서는 일리노이 대학의 Abbot 발전소에서 증기 표면 응축기 성능을 최대 2%까지 높이기 위해 개발 중인 기술에 대해 논의했습니다.1

별것 아닌 것처럼 들릴 수도 있지만 이러한 개선은 매우 가치 있는 일이 될 수 있습니다. 2부로 구성된 시리즈 중 첫 번째 부분에서는 응축기 열 전달의 중요성에 대한 기본 아이디어를 검토하고, 두 번째 부분에서는 응축기 성능을 모니터링하는 간단한 방법을 검토합니다. 물 측 오염 또는 스케일링 또는 증기 측 과도한 공기 누출은 응축기 효율성과 냉각 용량에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다.

"열역학"이라는 단어는 많은 사람들(때때로 이 저자를 포함하여)에게 복잡한 수학에 대한 비전을 불러일으킵니다. 그러나 열역학의 상대적으로 간단한 공식은 응축기 열 전달을 포함한 증기 발생기 기본 사항에 대해 많은 것을 설명할 수 있습니다.

열역학은 기본적으로 두 가지 법칙을 중심으로 구축되었습니다. 농담으로 (제1법칙), “공짜로 무엇인가 얻을 수 없다”, (제2법칙), “손익분기점도 없다”라고 불리기도 합니다. 제1법칙은 에너지 보존에 기초합니다. 시스템 내에서 사용되는 에너지는 생성되거나 파괴되지 않고 단지 전달될 뿐이라고 말합니다. 기본 시스템(교과서에서 제어 볼륨으로 정의됨)2,3에 대한 고전적인 에너지 방정식은 다음과 같습니다.

Q – Ws = ṁ2[V22/2 + gz2 + u2 + P2υ2] – ṁ1[V12/2 + gz1 + u1 + P1υ 1] + dEc.v./dt Eq. 1

어디,

Q = 단위 시간당 열 입력Ws = 터빈에 의해 수행되는 것과 같은 단위 시간당 샤프트 작업ṁ2 = 단위 시간당 시스템에서 유출되는 흐름ṁ1 = 단위 시간당 시스템으로 유입되는 흐름(V22 – V12)/2 = 운동 변화 에너지gz2 – gz1 = 위치 에너지의 변화u2 = 나가는 유체의 내부 에너지u1 = 들어오는 유체의 내부 에너지P2υ2 = 시스템을 나갈 때 유체의 흐름 일(P = 압력, υ = 비체적)P1υ 1 = 유체의 흐름 일 시스템으로 들어갑니다dEc.v./dt = 단위 시간당 시스템 내 에너지 변화

이 방정식은 복잡해 보일 수 있지만 몇 가지 정의와 단순화를 통해 더 잘 이해할 수 있습니다. 첫째, 많은 시스템, 특히 증기 발생기에서 전위 및 운동에너지는 다른 에너지 변화에 비해 매우 미미하므로 무시할 수 있습니다. 둘째, 증기발생기와 같은 비정상 흐름 과정에서는 시스템이 에너지를 축적하지 않으므로 dEc.v./dt는 0이다. 이러한 용어를 제거하면 유체의 내부 에너지(u)와 유동 일(Pυ) 기능이 남습니다. 과학자들은 이 두 용어를 무엔탈피(h)라는 매우 유용한 특성으로 결합했습니다. 엔탈피는 유체의 사용 가능한 에너지를 측정한 것이며, 엔탈피는 광범위한 증기 및 포화 액체 조건에 대해 계산되었습니다. 이 값은 0oC의 포화수가 엔탈피가 0인 것으로 지정된 표준 증기표에서 찾을 수 있습니다.

이러한 단순화와 정의를 사용하여 정상 흐름 작동에 대한 에너지 방정식은 다음과 같이 줄어듭니다.

Q – Ws = ṁ(h2 – h1) Eq. 2

그러나 이 방정식은 에너지 손실이 없는 이상적인 시나리오를 나타내며 여기에 제2법칙이 개입합니다. 무엇보다도 제2법칙은 프로세스 방향을 설명합니다. 식탁 위에 따뜻한 커피 한 잔을 놓으면 방이 더 추워진다고 더워지는 것은 아닙니다. 인간은 늙어간다. 문자 그대로 무한한 수의 예가 가능하지만 이러한 예는 제2법칙의 본질을 전달합니다.

두 번째 법칙은 카르노 사이클의 개념을 기초로 합니다. 즉, 구성할 수 있는 가장 효율적인 엔진은 고온(TH)에서 입력 열(QH), 저온(TL)에서 열 방출(QL)로 작동한다는 것입니다. ),

QH/TH – QL/TL = 0 Eq. 삼

이 방정식은 이론적으로 이상적인 엔진을 나타냅니다. 인간에게 알려진 모든 과정에서 에너지 손실이 발생합니다. 이는 마찰, 시스템에서 빠져나가는 열, 흐름 장애 또는 기타 다양한 요인으로 인해 발생할 수 있습니다. 과학자들은 엔트로피(s)라고 알려진 특성을 정의했는데, 이는 가장 간단한 용어로 온도(Q/T)에 대한 공정의 열 전달 비율을 기반으로 합니다. 모든 과정에서 시스템과 주변 환경의 전체 엔트로피 변화가 증가합니다.