증기터빈 1단 노즐의 조속현상이 터빈성능에 미치는 영향

Abstract

21세기 전기를 생산하기 위한 발전소가 대용량화?첨단화되고 기술진보의 혁신이 가속화되면서 증기터빈은 전 세계 전기생산의 50 % 이상을 차지하는 가장 유용한 설비가 되었다. 게다가 최근 고온용 Blade 재질 개발과 Last Blade 길이 증가는 증기터빈 성능향상에 혁신을 가져왔다. 하지만 잦은 부하변동에 따른 화력발전의 부분부하 분담률이 증가하면서 화력용 증기터빈의 효율적인 운용기술이 전체 전력설비에 미치는 영향이 커지게 되었다. 화력용 증기터빈의 운전방식과 성능과의 상관관계에서 가장 큰 영향을 미치는 것이 부하변동인 데 부하가 변동되면 고압터빈 1단 노즐에서의 교축 손실과 노즐 후단의 혼합손실, 그리고 마지막 단 날개에서의 증기배출 손실 등이 증가하기 때문이다. 이들 중 고압터빈 1단 노즐에 의한 내부효율의 영향이 가장 크지만 이 곳에서의 유체흐름과 유동해석이 명확히 규명되지 않았다. 따라서 이 논문에서는 실제 한국에서 운용 중인 대표적인 발전소 3기(아임계압 드럼형 560 MW, 초임계압 관류형 500 MW, 그리고 초임계압 관류형 800 MW)를 선정하여 증기터빈 설계자료와 인수성능시험 결과를 분석하였다. 이들 자료에서, 부하변동에 따른 운전방식이 1단 노즐의 조속현상에 따른 고압터빈 효율과 열소비율에 미치는 상관관계를 분석한 결과 부분부하 운전 시 노즐조속(Partial Arc Admission)이 교축조속(Full Arc Admission)에 비해 효율이 높다는 것을 확인하였다. 또한 압력이 높을수록 열역학적으로 내부 효율이 좋아져 전 부하에서 고르게 좋은 성능을 나타내었다. 이는 터빈에 유입되는 증기의 압력이 증가하면 압력-체적에너지는 증기의 총에너지와 비례하여 증가하기 때문에 가용에너지(Available Energy)가 최대가 되어 터빈효율이 개선되기 때문이다. 그리고 증기터빈에서 나타난 열소비율(Heat Rate)은 조절밸브의 교축손실 때문에 밸브 점(Valve Point) 주변에서 가장 크게 나타남을 알 수 있었다. 이것은 증기터빈의 첫 단 노즐로 유입되는 증기가 부하 변화에 따라 다르게 유동하므로 1단 노즐 전(Bowl)?후(Shell)에서의 유량 변화에 따른 압력비가 달라져 증기의 유입각도가 변하므로 첫 단에서만 터빈효율이 변하기 때문이다. 따라서 첫 단 성능이 부하에 따라 변하게 되므로 부분부하에서 성능 저하가 심하다면 첫 단 성능이 저하했음을 알 수 있다.; Power plant industry has been developed at high-capacity, high-technology, and innovation. Steam turbine became the most useful equipment that dominate more than 50 % of all the world electricity production. And developed new materials of the turbine blade and extended length of the turbine last blade brought reform in steam turbine performance upgrade. In this paper, when do partial load driving in high-capacity steam turbine, optimum driving method found whether there is something. In operating steam turbine, there is a lot of loss from secondary wake and throttle of the 1st stage nozzle by the biggest leading factor that load fluctuation affects in high-pressure steam turbine performance. Effect of internal efficiency by 1 stage nozzle is the biggest here, but here fluid flow and flow analysis were not yet examined closely definitely. So, Analyzed design data and acceptance performance test result to applying subcritical pressure drum type 560 MW, supercritical-pressure once through type 500 MW, and 800 MW steam turbines actually. In conclusion, at partial load driving, partial arc admission(PAA) is more efficient than full arc admission(FAA) efficiency. This is judged by because increase being proportional with gross energy of stream that is pressure - available energy if pressure of stream that is flowed in to the turbine increases, available energy becomes maximum and turbine efficiency improves. Therefore, turbine performance is that preview that first stage performance fell if decline is serious in partial load because first stage performance changes according to load.