1. 보일러 블로우다운 시 재증발 증기 환수 계통도
각 장치 설명:
- 보일러 (Boiler): 증기를 생산하는 장치로, 내부의 용존 고형물 농도 증가를 방지하기 위해 블로우다운을 수행합니다.
- 플래시 탱크 (Flash Tank): 보일러에서 배출된 고온, 고압의 블로우다운수를 감압하여 일부를 증발시켜 재증발 증기를 얻는 장치입니다.
- 열교환기 (Heat Exchanger): 플래시 탱크에서 발생한 재증발 증기의 열을 이용하여 보일러 급수를 예열하는 장치입니다.
- 급수 탱크 (Feedwater Tank): 보일러에 공급될 급수를 저장하는 탱크입니다.
- 배수 또는 후처리 (Drain or Post-treatment): 플래시 탱크에서 증발되지 않고 남은 블로우다운수는 배출되거나 별도의 후처리 과정을 거칩니다.
- 급수 (Supply Water): 보일러에 공급되는 물입니다.
- 예열된 급수 (Preheated Feedwater): 열교환기를 거쳐 온도가 상승한 급수입니다.
- 블로우다운 (Blowdown): 보일러 내부의 불순물 농도 조절을 위해 배출되는 물입니다.
- 재증발 증기 (Re-evaporation Steam): 플래시 탱크에서 압력 감소로 인해 증발된 증기입니다.
2. 플래시 탱크에서 발생하는 재증발 증기량 계산식 유도
플래시 탱크 전후의 물질 평형 및 에너지 평형식을 이용하여 재증발 증기량을 계산하는 식을 유도합니다.
가정:
- 플래시 탱크는 단열되어 외부로의 열 손실은 없습니다.
- 플래시 탱크 내부에서는 액체와 증기가 평형 상태를 이룹니다.
기호 정의:
- m_1: 플래시 탱크 입구 블로우다운수 질량 유량 (kg/s)
- h_1: 플래시 탱크 입구 블로우다운수 비엔탈피 (kJ/kg)
- P_1: 플래시 탱크 입구 블로우다운수 압력 (보일러 압력) (Pa)
- T_1: 플래시 탱크 입구 블로우다운수 온도 (보일러 포화 온도) (°C)
- m_s: 플래시 탱크 출구 재증발 증기 질량 유량 (kg/s)
- h_g2: 플래시 탱크 출구 재증발 증기 비엔탈피 (kJ/kg)
- P_2: 플래시 탱크 출구 압력 (플래시 탱크 압력) (Pa)
- T_2: 플래시 탱크 출구 온도 (플래시 탱크 포화 온도) (°C)
- m_w: 플래시 탱크 출구 블로우다운수 질량 유량 (kg/s)
- h_f2: 플래시 탱크 출구 블로우다운수 비엔탈피 (kJ/kg)
물질 평형식:
플래시 탱크로 들어오는 블로우다운수의 질량은 재증발 증기의 질량과 플래시 탱크에서 남은 블로우다운수의 질량의 합과 같습니다.
m_1 = m_s + m_w (식 1)
에너지 평형식:
플래시 탱크로 들어오는 에너지의 양은 재증발 증기가 가지고 나가는 에너지의 양과 플래시 탱크에서 남은 블로우다운수가 가지고 나가는 에너지의 양의 합과 같습니다.
m_1 * h_1 = m_s * h_g2 + m_w * h_f2 (식 2)
재증발 증기량 계산식 유도:
식 1에서 m_w를 m_1 - m_s로 표현하고, 이를 식 2에 대입합니다.
m_1 * h_1 = m_s * h_g2 + (m_1 - m_s) * h_f2
m_1 * h_1 = m_s * h_g2 + m_1 * h_f2 - m_s * h_f2
재증발 증기량 m_s에 대해 식을 정리합니다.
m_s * h_g2 - m_s * h_f2 = m_1 * h_1 - m_1 * h_f2
m_s * (h_g2 - h_f2) = m_1 * (h_1 - h_f2)
따라서 플래시 탱크에서 발생하는 재증발 증기량 m_s는 다음과 같이 계산됩니다.
m_s = m_1 * (h_1 - h_f2) / (h_g2 - h_f2)
여기서 각 엔탈피 값은 해당 압력 및 온도에서의 포화 증기 및 포화 액체 물성치 표 또는 선도를 이용하여 구할 수 있습니다. 특히 h_1은 보일러 압력(P_1)에서의 포화 액체 비엔탈피로 간주할 수 있으며, h_g2와 h_f2는 플래시 탱크 압력(P_2)에서의 포화 증기 및 포화 액체 비엔탈피입니다.
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