냉각탑 열전달의 기본 이해

일회성 시스템의 유입 및 배출 모두에서 수생 생물 보호와 관련된 환경 문제로 인해 현대 식물의 일회성 냉각이 본질적으로 제거되었습니다. 그러나 이러한 개발은 많은 신규 복합화력 발전소와 기타 시설에 업계에 새로 입문한 인력이 채용되는 시기에 이루어졌습니다. 기본적인 이해가 중요합니다.

일회성 냉각은 지난 세기 대형 발전소의 일반적인 설계 특징이었습니다. 이 공정은 터빈 배기 증기 응축 및 보조 열 교환기 냉각에 필요한 많은 양의 물을 효과적으로 공급할 수 있었기 때문입니다. 그러나 원스 스루 시스템의 유입 및 배출 모두에서 수생 생물 보호와 관련된 환경 문제로 인해 현대 시설의 원스 스루 냉각이 본질적으로 제거되었습니다.

이제 냉각탑이나 WSAC®(Wet-Surface Air Cooler) 또는 공냉식 응축기와 같은 일부 변형이 표준이 되었습니다. 그러나 이러한 개발은 많은 신규 복합화력 발전소와 기타 시설에 업계에 새로 입문한 인력이 채용되는 시기에 이루어졌습니다. 냉각수 및 기타 시스템의 올바른 작동을 위해서는 기본적인 이해가 중요합니다.

냉각탑 기본

이 논의의 목적을 위해 아래 그림과 같이 가장 일반적인 산업용 냉각탑에 중점을 둘 것입니다.

그림 1. 유도 통풍 역류 냉각탑의 한 셀 개략도. 출처: Post, R. 및 B. Buecker, "발전소 냉각수 기초"; 2017년 6월 6~8일 일리노이주 샴페인에서 개최되는 제37회 연례 전기 유틸리티 화학 워크숍 사전 컨퍼런스 세미나. 향후 EUCW에 대해 알아보려면 웹사이트 www.conferences.illinois.edu/eucw를 방문하세요.

그림에서 알 수 있듯이 공장 열 교환기에서 나오는 따뜻한 폐수는 타워로 유입되어 냉각탑 충전재 위에 뿌려집니다. 공기는 타워의 하부로 들어가 역류 방식으로 물과 접촉하여 열 전달을 극대화합니다. 냉각된 물은 집수조에 모여 열 교환기로 돌아가고, 따뜻한 공기 배출구는 대기 중으로 배출됩니다.

냉각탑의 핵심 구성 요소는 공기/물 접촉을 극대화하는 데 도움이 되는 충진재입니다. 아래에는 최신 스플래시 필과 최고 효율의 필름 필이라는 두 가지 유형이 나와 있습니다.

그림 2. 최신 플라스틱 스플래시 채우기. 사진 제공: Brentwood Industries 및 Richard Aull Cooling Tower Consulting, LLC의 Rich Aull.

그림 3. 고효율 크로스 플루트 필름 충진. 사진 제공: Brentwood Industries 및 Richard Aull Cooling Tower Consulting, LLC의 Rich Aull.

다양한 중간 선택이 가능하며 선택은 예상 냉각수 품질과 매체 오염 가능성에 따라 결정됩니다. 이에 대해서는 저자가 Power Engineering에 대한 향후 기사에서 다룰 것입니다.

다음 섹션에서는 냉각탑의 열 전달에 대한 기본 사항을 살펴봅니다.

몇 가지 기본 열 전달 계산

그림 4는 온화한 봄날 작동하는 냉각탑에서 볼 수 있는 실제 조건을 보여줍니다.

그림 4. 냉각탑에 대한 실제 조건 세트의 예. 출처: Potter, MC 및 CW Somerton, Schaum의 엔지니어를 위한 열역학 개요; 맥그로힐, 뉴욕, 뉴욕, 1993.

유입 공기의 상대 습도(RH)는 50%인 반면, 타워 배출구의 상대 습도(RH)는 거의 100%입니다. 이 데이터는 냉각탑에서 열 전달의 주요 방법이 일반적으로 재순환수의 작은 부분(2~3%)에 해당하는 증발을 통한 것임을 설명하는 데 도움이 됩니다. 냉각탑 흐름 설계의 수학은 다소 복잡할 수 있지만 냉각탑의 증발, 블로우다운 및 보충 흐름을 간단하게 근사화하기 위해 몇 가지 간단한 방정식이 개발되었습니다.

증발의 표준 공식은 다음과 같습니다.

E = (f * R * DDT)/1000, 여기서 Eq. 1