발전소 기계식 강제통풍 냉각탑과 증기표면 복수기의 성능평가 연구

Abstract

원자력 발전소를 비롯한 발전소의 경우 응축기 또는 복수기라 불리는 열교환기에서 발전소의 터빈운전에 사용된 증기로부터 폐열을 제거하는데, 이를 위한 열전달 매개체로 사용되는 냉각재가 주로 물(냉각수)이다. 이렇게 발전소에서 발생하는 폐열을 물을 이용해 냉각하는 방식은 크게 일회냉각방식(해수이용)과 재순환방식(냉각탑이용)으로 구분되며 그 중 재순환방식은 발전소 등의 부지 인근에 냉각탑을 설치하여 증기 폐열을 냉각탑을 통해 대기 중으로 배출시키고 냉각된 담수나 해수를 다시 냉각 순환수로 재이용하는 방식이다. 이러한 냉각탑을 이용한 재순환방식으로 폐열을 냉각하는 방식 중 냉각탑 내에 송풍기를 설치하여 강제로 냉각하는 냉각탑을 기계식 강제통풍 냉각탑이라 한다. 이 기계식 강제통풍 냉각탑은 주변의 대기 건습구온도, 습도 등의 환경 인자와 설치위치 등이 그 성능에 직접적인 영향을 미치게 되므로 이러한 인자의 적절한 선정이 냉각탑 설계에서 아주 중요하다. 또한, 냉각탑의 성능은 궁극적으로 발전소의 증기표면 복수기와 증기발생기의 성능과 밀접한 관계를 가지므로 이는 곧 발전소의 전기출력에 영향을 미치게 된다. 따라서 냉각탑의 성능평가는 발전소건설 시 고려해야 하는 중요한 변수가 되는데, 미국냉각탑공업협회(CTI)에서 만든 성능평가용 프로그램 Toolkit은 냉각탑 및 관련 기기들의 설치 및 실제 실험 없이 이러한 냉각탑의 성능을 간단하게 평가할 수 있게 하는 도구이다. 본 논문에서는 이 Toolkit을 이용하여 미국의 애리조나주에 실제 건설된 원자력발전소(팔로버디 원자력발전소, 기계식 강제통풍 냉각방식 적용)의 설계 데이터를 사용, 순환수계통에 기계식 강제통풍 냉각탑을 적용하여 모델링을 통해 검증하여 보았다. 검증결과, 기계식 강제통풍 냉각탑을 적용할 경우 냉각탑 제작사가 제공한 냉각탑 성능곡선 상의 냉각탑출구 저온수 온도 데이타와 CTI Toolkit을 이용하여 모델링을 통해 검증했을 경우가 거의 일치하였으며, 이 데이터를 이용하여 증기표면 복수기의 예상 성능을 정확하게 알 수 있었다. 따라서, 본 논문의 연구 및 검증결과에 따라 앞으로 국내외의 원자력발전소 순환수계통에 냉각탑을 적용해야 할 경우, 간단한 방법으로 냉각탑의 성능을 미리 평가할 수 있고, 그 결과를 이용하여 최적의 설계 데이터를 도출해 낼 수 있을 것으로 예상됨에 따라 국내외의 냉각탑적용 발전소의 순환수계통설계 및 관련 경제성평가에 기여할 수 있을 것으로 본다.