스팀(증기) 콘덴서란?- 부품, 작동 및 유형

스팀 콘덴서란?

표면 응축기 또는 증기 응축기는 화력 발전소의 증기 터빈에서 나오는 배기 증기를 응축하는 데 사용되는 수냉식 쉘 및 튜브 열교환기입니다. 증기는 대기압보다 낮은 압력 수준에서 기체 상태에서 액체 상태로 전환됩니다.

증기 응축기는 터빈에서 나오는 저압 배기 증기를 물로 변환하기 위해 적용되는 밀폐 용기형 열교환기입니다. 증기 응축기는 터빈의 배기 증기를 물로 응축시키는 데 사용되는 기계 장치입니다. 냉각탑에서 내부를 순환하는 냉각수의 도움으로 이 프로세스를 수행합니다.

증기 응축기 내부의 압력은 효율성을 높이기 위해 대기압 이하로 유지됩니다. 일반적으로 터빈 끝단에서 배기 가스의 배압을 낮추는 데 사용됩니다.

냉각수가 부족한 곳에서는 종종 공냉식 응축기가 사용됩니다. 그러나 공랭식 응축기는 훨씬 더 비싸고 수냉식 표면 응축기만큼 낮은 증기 터빈 배기 압력(및 온도)을 달성할 수 없습니다.

표면 응축기는 발전소의 증기 터빈 배기 응축 이외의 응용 분야 및 산업에서도 사용됩니다.

 

왜 필요한가?

화력 발전소에서 표면 응축기의 목적은 증기 터빈의 배기 증기를 응축하여 최대 효율을 얻고 터빈 배기 증기를 순수한 물(증기 응축수라고 함)로 변환하여 재사용할 수 있도록 하는 것입니다. 보일러 급수로 증기 발생기 또는 보일러에서.

증기 터빈 자체는 증기의 열을 기계적 동력으로 변환하는 장치입니다. 터빈 입구의 단위 질량당 증기 열과 터빈 출구의 단위 질량당 증기 열의 차이는 기계 동력으로 변환된 열을 나타냅니다.

따라서 터빈에서 증기 파운드 또는 킬로그램당 열을 기계적 동력으로 더 많이 변환할수록 효율이 더 좋아집니다.

터빈의 배기 증기를 대기압보다 낮은 압력에서 응축함으로써 터빈의 입구와 배기 사이의 증기 압력 강하가 증가하여 기계 동력으로 변환할 수 있는 열의 양이 증가합니다.

배기 증기의 응축으로 인해 방출되는 대부분의 열은 표면 응축기가 사용하는 냉각 매체(물 또는 공기)에 의해 제거됩니다.

 

증기 콘덴서의 기능

증기 응축기를 사용하는 목적은 다음과 같습니다.

▷ 가능한 최대 에너지를 얻고 발전소의 특정 증기 소비를 줄이기 위해 증기 터빈 끝에서 압력을 낮게(대기압 미만) 유지하는 데 도움이 됩니다.
▷ 뜨거운 우물에 순수한 급수를 공급합니다. 물은 보일러 공급 펌프를 사용하여 보일러로 다시 펌핑됩니다.
▷ 배출되는 증기에서 다른 비응축성 가스를 제거하여 열전달율을 높입니다.

 

증기 콘덴서 부품

콘덴서(Condenser)
증기를 응축하는 데 사용됩니다. 저압의 증기는 냉각수(여기서는 냉각탑의 물)로 열을 전달하고 응축 과정을 통해 물로 변환됩니다.
Condensate Extraction Pump: Condensate Extraction Pump(CEP)는 Condenser에서 Hot Well으로 응축수를 이송하기 위해 Condenser와 Hot Well 사이에 설치되는 펌프입니다.

Hot Well
콘덴서와 보일러 사이의 구덩이입니다. 응축기에서 응축수 펌프로 응축수를 가져옵니다. 급수는 뜨거운 우물에서 보일러로 운반됩니다.

보일러 급수 펌프(Boiler Feed Pump)
Hot well과 보일러 사이에 위치하여 Hot well에서 증기 보일러로 급수를 전달하는 펌프입니다. 이것은 보일러 압력 이상으로 응축수 압력을 증가시킴으로써 달성됩니다.

공기 추출 펌프(Air Extraction Pump)
증기 응축기에서 공기를 추출하거나 제거하는 데 사용되는 펌프입니다.

냉각탑(Cooling Tower)
냉수가 담긴 타워로 이 물은 응축기 내부를 순환하여 증기를 냉각시키기 위해 제공됩니다.

냉각수 펌프(Cooling Water Pump)
콘덴서와 냉각탑 사이에 설치되는 펌프입니다. 콘덴서 내부의 냉각수를 순환시킵니다.

 

 

스팀 응축기 작동원리

냉각수의 흐름은 증기 응축기 내부의 응축기에서 냉각탑으로, 냉각탑에서 응축기로 계속 순환합니다. 저압 배기 증기가 터빈을 떠나 응축기를 통과하면 열을 잃고 물로 응축됩니다. 순환하는 냉각수는 증기에서 열을 추출합니다.

응축기에는 응축수 추출 펌프와 공기 추출 펌프의 두 가지 유형의 장치가 설치되어 있습니다. 따라서 증기가 물로 응축되면 응축수 추출 펌프의 도움으로 증기 발생기로 다시 재순환됩니다.

공기추출펌프를 이용하여 응축기 내부에 진공(대기압 이하의 압력)을 형성하여 냉각수의 순환이 용이하고 응축수의 흐름을 안정되게 합니다.

응축기 내부의 낮은 압력으로 인해 공기가 시스템으로 들어가고 응축기가 물, 공기 및 증기의 혼합물로 채워집니다.

 

증기 콘덴서의 종류

1. 표면 콘덴서
표면 응축기는 메인 터빈의 배기 증기를 응축 및 탈기하고 터빈 바이패스 시스템에 방열판을 제공하도록 설계되었습니다. 표면 응축기에서는 배기 흐름과 냉각수 사이에 직접적인 접촉이 없습니다.
LP 터빈에서 배출된 증기는 냉각 시스템의 물이 들어 있는 튜브를 통과하여 응축됩니다. 증기는 튜브의 차가운 표면과 접촉할 때 그리고 전도와 대류에 의해 냉각수로 열이 전달되기 때문에 응축됩니다.
이러한 튜브는 일반적으로 여러 선택 기준(예: 열전도성 또는 내식성)에 따라 스테인리스강, 구리 합금 또는 티타늄으로 만들어집니다. 티타늄 콘덴서 튜브는 일반적으로 최고의 기술 선택입니다. 그러나 티타늄은 매우 고가의 재료이며 티타늄 콘덴서 튜브의 사용은 초기 비용이 매우 높습니다. 일반적으로 표면 콘덴서에는 두 가지 유형이 있습니다.

▷ 수냉식 표면 콘덴서
▷ 공랭식 표면 콘덴서

냉각수가 부족한 화력발전소에서는 공랭식 응축기를 사용할 수 있습니다. 그러나 공랭식 응축기는 훨씬 더 비싸고 수냉식 표면 응축기만큼 낮은 증기 터빈 배기 압력(및 온도)을 달성할 수 없습니다.
응축기에서 데워진 물은 냉각 시스템(즉, 냉각탑, 강, 바다 또는 냉각 연못)으로 배출됩니다. 이러한 응축기에서 수집된 응축수는 보일러의 급수로 재사용됩니다.
냉각수와 스팀이 섞이지 않기 때문에 응축수를 회수하여 어떠한 냉각수라도 사용할 수 있습니다. 제트 콘덴서와 비교하여 표면 콘덴서는 높은 진공도를 유지할 수 있으므로 더 큰 열효율을 얻을 수 있습니다.
반면에 표면응축기는 부피가 크고 면적이 크며 자본비용이 많이 든다. 그러나 이러한 자본 비용은 개선된 열 효율성(즉, 더 높은)으로 운영 비용을 절감함으로써 회수할 수 있습니다.
따라서 이러한 콘덴서는 현대 화력 발전소에 가장 적합합니다. 이들은 일반적으로 많은 양의 열등한 물을 사용할 수 있고 더 나은 품질의 급수를 보일러에 공급해야 하는 경우에 사용됩니다.

2. 제트 콘덴서
제트 응축기에서 냉각수는 배기 증기에 분사되며 배기 증기와 냉각수 사이에 직접 접촉이 있습니다. 응축 과정은 매우 빠르고 효율적이지만 여기서 냉각수와 응축된 증기가 혼합됩니다.
그러면 응축수는 보일러의 급수로 재사용할 수 없습니다. 응축수의 온도는 응축기를 나가는 냉각수의 온도와 같습니다. 증기와 냉각수 제트 콘덴서의 보다 긴밀한 혼합으로 인해 증기 응축에 필요한 냉각수의 양이 적습니다.
일반적으로 제트 콘덴서는 건축 공간이 덜 필요하고 건설이 간단하고 자본 비용이 낮습니다. 이러한 장점에도 불구하고 제트 응축기는 특히 응축수 손실로 인해 화력 발전소에서 일반적이지 않습니다.

 

증기 발전소에서 콘덴서의 장점

증기 발전소에 증기 응축기를 통합할 때의 주요 이점은 다음과 같습니다.

▷ 증가된 엔탈피 강하로 인해 발전소의 효율을 증가시킵니다.
▷ 증기의 배압을 줄여 더 많은 작업량을 발생시킵니다.
▷ 배기 증기의 온도를 낮추어 더 많은 작업량을 발생시킵니다.
▷ 응축된 증기를 보일러 급수로 재사용할 수 있어 발전 비용이 절감됩니다.
▷ 응축수의 온도는 생성된 증기의 Kg당 공급되는 열을 감소시키는 담수의 온도보다 높습니다.