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폐열회수장치 통합 설계(HRSG) S/W

기술개발 및 사업화 결과보고서

창업기업명 : 주 에너지소프트( )

대 표 : 박 석 호

한국산업기술평가원

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결 과 보 고 서

년도 신기술창업보육사업에 의하여 완료된 폐열회수장치 통합 설계2000 “ (HRSG)

개발에 관한 기술개발 및 사업화 의 결과보고서를 별첨과 같이 제출합니다S/W ” .

첨 부 결과보고서 부 끝: 10 . .

이년 월 일20 12 31

창 업 기 업 명 : 주 에너지소프트( )

대 표 : 박 석 호

한국산업기술평가원장 귀하

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제 출 문

한국산업기술평가원장 귀하

본 보고서를 폐열회수장치 통합 설계 개발에 관한 기술개발 및 사업“ (HRSG) S/W

화 의 결과보고서로 제출합니다” .

이20 . 12. 31.

기 술 개 발 책 임 자 : 박 석 호

참 여 기 술 인 력 : 박 성 두

″ : 석 태 군

″ : 구 명 섭

″ : 황 인 제

″ : 강 유 승

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목 차

기술개발 및 사업화 목적과 중요성.Ⅰ

추진 배경1.

사업 분야의 기술 개황1.1.

개발 방향1.2.

기술개발 내용.Ⅱ

제품의 개요1.

개발 제품명1.1.

개발 제품의 적용 범위1.2.

제품의 주요 기능1.3.

설계 내용2.

설계점 열계산2.1.

전열 계산2.2.

계산 방법2.2.1. -Ntuε

열전달 계수 계산2.2.2.

구성 요소 특성 계산2.3.

증기 터빈2.3.1.

탈기기2.3.2. (Deaerator)

스프레이2.3.3. (Desuperheater Spray)

조연 장치2.3.4.

설계 절차2.4.

설계점 및 전열면적 계산2.4.1.

탈설계점 성능 계산2.4.2.

2.5. GUI

프로그램의 특징2.6.

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시스템의 설계 예2.7.

시스템 구성 및 데이터 입력2.7.1.

전열 면적 결정2.7.2.

성능 예측 기능2.7.3.

진동 체크 기능2.7.4.

프로그램의 구성도2.8.

데이터 흐름도2.8.1.

개발 프로그램2.8.2.

프로그램 결과2.8.3.

양산사업화 추진 내용.Ⅲ

추진 경과1.

매출 실적2.

기대 효과.Ⅳ

첨부 자료.Ⅴ

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그 림 차 례

그림 복합 발전 플랜트의 전형적인 계통도1. LNG

그럼 폐열회수장치 의 구조적인 위치 및 설계 타입2. (HRSG)

그림 폐열회수장치 통합 설계 의 시작화면3. (HRSG) S/W

그림 4. Temperature/Heat Diagram

그림 설계점 및 전열면적 계산의5. Flow Diagram

그럼 탈설계점 열계산의6. Flow Diagram

그럼 통합 기본설계 시스템의 실행7. HRSG FLOW

그럼 통합 기본설계 시스템의 가스 조성 입력 부분8. HRSG

그릴 통합 기본설계 시스템의 전열 구조 정보 입력 부분9. HRSG

그림 가스흐름과 물 증기 흐름의 순서로 전열부 배치도10. /

그림 각 구성요소별 전열면적 계산결과11.

그림 가스터빈 배가스온도에 따른 효율 및 가스출구온도변화12. HRSG

그림 가스터빈 배가스온도에 따른 증발량13.

그림 가스터빈 출구 가스 유량 변화에 따른 증기 발생량의 변화14.

그럼 프로그램의 데이터 흐름도15.1. (1)

그림 프로그램의 데이터 흐름도15.2. (2)

그림 결과 파일16. Heat Balance

그림 17. Heat Balance T-Q Diagram

그림 전열면적 계산 결과파일18.

그림 탈 설계점 계산 결과 파일19.

그림 결과 및 탈설계점 계산 결과 파일20. Heat Balance EXCEL

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요 약 서

항 목 현 황

일 반 현 황

설립일 자본금 년 월 자본금 백만원( ):2000 5 ( : 50 )○

총 종업원수 경영 사무 연구 기술 생산등 구분( / / / / )○

명 경영 명 사무 명 연구 기술직 명:7 ( 1 , :1 , , :5 )

사업장 현황 소재지 및 사업장 면적등( )○

부산 금정구 장전동 부산대학교 산학협동관 사업장 면적 평: 30

개 발 현 황

열성능해석 개발완료S/W MODULE

수순환 해석 개발완료S/W MODULE

구조설계 연계 완료S/W INTERFACE S/W

통합설계 개발완료HRSG ENGINEERING S/W

양산체제등

설비구축현황

작성USER'S MANUAL

상품화 제작CATALOGUE

영업홍보 활동 및 판매

사업화 현황

매출실적○

삼영열기 설계 프로그램 백만원- HRSG 150

계획○

삼영열기 설계 교육 백만원- HRSG 50

삼영열기 자동 작도 프로그램 백만원- HRSG 150

국내 열 교환기 업체 공급 계획-

대외기관 인증

특허 외부자금/

활용현황

프로그램 등록 건(2 )○

성능 계산 프로그램- HRSG .

객체 지향 컴포넌트 프로그램- .

정책자금 활용○

대외기관 인증○

기술 평가 기업 신기술 벤처 기업 인증- “ ”

기타사항

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기술개발 및 사업화 목적과 중요성I.

추진 배경1.

두 차례의 에너지 파동과 최근 지구환경 문제로 무공해 고효율의 발전방식이 세계,

적으로 각광을 받고 있다 따라서 무공해 고효율의 발전방식인 복합 발전 시. , LNG

장이 국내외적으로 급성장하고 있는 추세이다 이에 따라서 그 핵심기기인 폐열 회.

수보일러 이하 의 시장도 급속히 성장(Heat Recovery Steam Generator, HRSG))

해 가고 있다 국내의 경우 에너지 대량소비로 인한 전력공급 계획에 의거. 450MW

의 복합발전이 년 이후 신규시장을 형성하고 있으며 동남아의 경우 년까지96 , 2001

수 십억 달러의 폐열회수 보일러시장이 기대된다 또한 최근 발전설비 고 효율화를.

위한 경향으로 폐열회수보일러의 시장성은 매우 큰 것으로 기대된다Repowering .

사업분야의 기술 개황1.1.

발전시장의 주력분야는 향후 복합화력 열병합 원자력 으로 전망(40%), (20%), (20%)

된다 이처럼 발전시장은 복합 화력 발전이 당분간 주력분야의 위치를 점할 것으로.

예상하는 것은 기존의 석탄 및 원자력 등 타 발전설비에 비하여 상대적으로 건설공

기가 짧아 전력필요시점에 신속한 대응이 가능하고 정정연료를 사용함으로써 환경

측면에서 부응할 수 있으며 아울러 높은 열효율로 수요자의 가 증대하여 시NEEDS

장이 확대될 것으로 예상하기 때문이다 국내에서는 복합발전시장이 성숙단계로 접.

어들고 있으며 년 매출액은 억원 이하로 예상함에 당사는 국내시장을 중2002 3000

심으로 한 영업 전략을 펼치며 동남아를 중심으로 해외시장을 개척할 것으로 기대

하며 보다 원천적인 설계 기술의 필요성을 인식하였다.

특히 가 복합 발전속에 포함되어 발주될 것으로 예상하면서도 단독발HRSG HRSG

주를 우선적으로 추진하려는 의지가 강력함을 무시 할 수 없다 따라서. GAS

업체와의 긴밀한 기술적 제휴를 통해 복합 발전 수주에 참가하며 동시에TURBINE

을 위주로 한 의 경우 시스템 엔지니어링기술을 용으로 적REPOWERING HRSG B/S

극 활용하여 단독 발주를 유도하여 경쟁력 있는 기술이 곧 수주로 연계될 수 있을

것이라고 예상된다 가스터빈 복합발전은 가스터빈과 로 구성되는데 가스터. HRSG ,

빈의 경우는 고도의 설계 및 가공기술을 필요로 하여 소수의 선진사에서만 제작이

가능하나 의 경우는 상대적으로 저급기술이기 때문에 국내외의 여러 중공업, HRSG

체에서도 제작되는데 선진사들과의 기술경쟁에서 유망한 틈새시장으로 떠오르고 있

으며 수출도 가능한 품목이다, .

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개발 방향1.2.

개발시 현재 보다 이므로 가격 경쟁력HRSG TECHNICAL MARKET PRICE MARKET

이 가장 중요하고 이를 위해선 원가절감과 단 납기 공사가 가능한 제품 개발을 희

망 하고 있으며 이와 더불어 시스템 엔지니어링기술을 바탕으로 신속한 견적은 물

론 실시를 통해 수주 전 단계에서부터 기술력을 인정받는 전략이 필요하다고B/S

인식하며 이에 따라 의 다양한 요구에 부응하기위해OWNER VERTICAL,

모두를 만족시키는 설계가 가능한 통합 설계 프로그램의 기술HORIZONTAL TYPE

개발이 요구되는 바 현재까지의 기본 설계 기술 및 축적된 데이터를 바탕으로 폐열

회수장치 통합 설계 개발을 개발하는 것을 목표로 하였다(HRSG) S/W .

또한 개발용량은 급에 대응하는 수준까지 개발하되G/T 200 ~250MW 100,

를 중점목표로 추진하며 원가경쟁력을 위해 고효율 전열관을 개발하여 전열150MW

관 물량을 감소시켜 을 목표로 함과 아울러 구조개선 및 자동작도10% 550 TON

등을 통한 설계개선으로 설계 공수를 최고 까지 절감하여 기술 및 가격 경쟁력50%

을 모두 갖추어야 시장을 주도할 수 있다는 조사 결과에 의하여 개발 방향을HRSG

설정하였다 또한 고효율 전열관의 개발뿐 아니라 전열면적의 최적의 배치는 원가.

와 밀접한 관계가 있으므로 는 전열면적의 대부분이 핀튜브뱅크로 되어있는HRSG

점을 감안하면 전열성능이 우수한 핀형상의 개발과 고정도의 전열 및 압력강하식을

이용한 전열면적의 최적설계가 제품경쟁력 제고의 필수요건이 된다 그 중에서 핀.

형상개발은 현실적으로 여러 가지 제한이 있기 때문에 연속형 과 톱니형(SOLID)

핀의 두 종류만이 사용되고 있다 상대적으로 최근에 개발된 톱니형(SERRATED) .

핀의 경우에 전열성능이 더 우수하며 중량도 작아서 를 경량화 할 수 있기HRSG

때문에 지난 여년 동안 연속형에서 톱니형 핀으로 대체되는 경향을 보인다20 .

전열관의 물량은 케이싱 보온재 및 철골등의 부대설비물량의 다소를 결정 하여 전,

체 의 크기가 정해지는 출발점이 되므로 각 제작사의 기술 수준을HRSG , HRSG

객관적으로 판단할 수 있는 잣대가 되며 치열한 수주전에서 수주냐 실추냐를 가름, ,

하는 가장 중요한 판단기준이 된다 따라서 날로 강화되는 수주전에서 확실한 우위. ,

를 점하기 위하여 전열면적 최적설계를 통한 폐열 회수장치 통합 설HRSG (HRSG)

계 의 개발이 시급히 요망된다S/W .

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기술개발 내용II.

제품의 개요1.

개발 제품명1.1.

폐열회수장치 통합 설계 개발- (HRSG) S/W

개발 제품의 적용 범위1.2.

그림 복합 발전 플랜트의 전형적인 계통도1. LNG

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그림 폐열회수장치 의 구조적인 위치 및 설계 타입2. (HRSG)

폐열회수보일러는 증기사이클에 따라서 비재열방식과 재열방식으로 나눈다 재열.

방식은 터빈에서 일을 한 증기를 재 과열하여 다시 사용하는 것이며 비 재열방식

은 터빈에서 사용한 증기를 바로 응축기로 보내는 방식이다 보일러 설치 유형에.

따라서 수직형과 수평형으로 구분되며 제한된 공간에서 사용할 경우 한Compact

수직형이 선호된다 또한 사용되는 증기압력에 따라서 단압 복압 삼중압으로 시. , ,

스템이 구성되기도 하는데 가스터빈의 용량이 커짐에 따라서 배가스의 온도도 상

승하며 폐열회수보일러의 압력단도 단압에서 삼중압으로 이동하고 있는 추세이다.

이 압력단은 다른 사업용 및 산업용에 비하여 계산 상 매우 중요한 부분을 차Logic

지한다 사업용 및 산업용 보일러의 경우 개의 드럼의 형태를 이루고 있지만 폐열. 1

회수보일러는 압력단의 수에 따라서 드럼의 개수가 변하게 된다 따라서 산업용 및.

사업용 보일러 보다 드럼의 개수가 많이 설치됨으로써 계산이 복잡하게 된다.

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사용되는 연료로는 경유 등유 등이 있으며 공기만의 연소로 인해 의 생LNG, , NOx

성이 다른 보일러에 비하여 다소 많은 편이다 따라서 의 저감을 위하여 탈질. NOx

장치가 설치되는 경우가 있다.

제품의 주요 기능1.3.

폐열회수장치 통합 설계 의 주요 기능(HRSG) S/W

의 계산- Heat & Mass Balance

계산- Performance (Design, Off-Design)

계산- Steam/Water side & Gas side Pressure Drop

계산- Water Circulation

계산- Anti-vibration

- Etc.

그림 폐열회수장치 통합 설계 의 시작화면3. (HRSG) S/W

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설계 내용2.

복잡한 폐열회수보일러의 전열계산과 성능해석을 위하여 먼저 폐열회수보일러시스

템을 구성하고 구성된 시스템을 바탕으로 설계점 열계산 전열면적 계산 탈설계점, , ,

성능계산을 수행할 수 있는 의 개발이 선행되어야 한다 본 프로그램은 개발Logic .

된 을 바탕으로 설계점 열계산 전열계산 성능계산을 수행하도록 되어 있다Logic , , .

설계점 열계산2.1. (Heat and Mass Balance)

열역학 법칙인 에너지보존의 법칙을 바탕으로 정상상태에서 고온유체로부터 저온1

유체로 전달되는 열과 유입되는 운동에너지 위치에너지 엔탈피의 합이 시스템이, ,

받는 축일과 운동에너지 위치에너지 엔탈피의 합과 같아 시스템에 대한 에너지 균, ,

형을 나타낸다 이러한 에너지 균형은 질량보존과 함께 보일러 해석의 기본이 된다. .

폐열회수보일러에서는 핀치점 온도차와 접근점 온도차가 중요한 설계 포인트이자

의 경계조건이 된다Heat Balance .

그림 4. Temperature/Heat Diagram

핀치점 온도차는 증발기에서 사용하는 것으로 증발기 출구가스 온도와 증발기 포화

온도차이다 핀치점 온도차가 작을수록 많은 양의 열회수가 가능하게 되어 증발 유.

량이 커지지만 너무 작게 설정하면 과도한 전열면적이 요구되고 후부 전열면을 크, ,

게 설계해야 하는 문제가 생긴다 따라서 핀치점 온도차는 경제성을 고려하여 결정.

하여야 한다.

- 14 -

접근점 온도차는 증발기 포화온도와 증발기 입구의 절탄기 출구 작동유체 온도 차

이다 접근점 온도차는 탈설계점시 절탄기에서의 증기발생 효과와 관련되므로 적절.

히 선정하여야 한다 절탄기에서 증기가 발생할 경우 튜브 및 파이프에.

효과에 의한 파이프 및 튜브 손실문제가 발생한다 따라서 파이프 및Hammering .

튜브에 손실을 주게 되므로 접근점 온도차를 지정할 경우 탈 설계점 성능해석을 바

탕으로 하여 증기가 발생하지 않는 접근점 온도차를 선정하여야 한다.

전열 계산2.2.

폐열회수보일러는 가스터빈의 배가스를 이용하며 증기를 발생시키는 열교환기 이므

로 열전달은 주로 배가스에 의한 대류가 지배적이다 열전달 운제를 풀기위하여 본.

프로그램에서는 방법보다 수렴성과 정확도가 좋은 방법을 사용 하여 계LMTD -Ntuε

산을 수행하였다.

계산 방법2.2.1. -Ntuε

은 각 전열모듈에서 작동유체와 고온유제의 최종온도를 바탕으로 아래 두 식을 통ε

하여 계산이 되어진다.

또한 은 고온유체의 흐름 형태와 유동의 물리적변수의 함수로 되어있다 폐열회, .ε

수보일러는 고온유체와 저온유체의 흐름형태가 교차 유동이다 따라서 식 를 사용. (1)

하여 계산을 수행한다 단 증발기 및 내부탈기기의 경우 이므로 식을 사. R = 0 (2)

용하여 을 계산한다.ε

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열전달계수 계산2.2.2.

열전달 방정식을 이용하여 전열관의 대류 전열계수 및 총괄 전열계수를 계산한다.

현재 폐열회수보일러에서 사용하고 있는 전열관은 대부분 핀튜브로써 Solid Fin

가 이용되고 있으며 연료종류 및 가스온도에 따라서Tube, Serrated Fin Tube ,

가 이용되기도 한다 핀 전열 계산시 핀효율을 고려하여 전열계수를Bare Tube . Tube

계산하였다.

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구성 요소 특성 계산2.3.

증기 터빈2.3.1.

증기터빈은 산업용보일러의 경우 정압운전을 원칙으로 하고 있으나 복합 발전용,

폐열회수보일러에 설치되는 증기터빈은 변압운전이 특징이다.

변압운전은 각 가스터빈의 부하별 출구온도 유량 가스조성이 변함에 따라 폐열회, ,

수보일러에서 생성되는 온도 및 발생 증기량이 변화하게 되고 이런 변화된 값들이

증기터빈의 입구압력에 영향을 미치게 된다.

탈기기2.3.2. (Deaerator)

작동 유체 내에 존재하여 튜브의 부식을 야기 시키는 용존산소를 증기를 이용하여

제거하는 장치이다 탈기기는 자체적으로 를 맞추기 위하여. Heat & Mass Balance

압력이 변화하는 기능을 가지고 있으며 내부 탈기 방식과 외부 탈기Self-Balance ,

방식 으로 나누어 계산을 수행한다 내부 탈기방식은 를 계산하기 위. Heat Balance

하여 자체적으로 증발기 드럼을 가지고 있는 경우이며 외부탈기 방식은 터빈 고압, ,

단 저압단 중압단 또는 외부에서 증기 또는 열원이 공급되어 를 맞, , , Heat Balance

추는 것입니다 본 프로그램은 가지 시스템에 대하여 모두 계산이 가능하다. 2 .

스프레이2.3.3. (Desuperheater Spray)

폐열회수보일러에서 증기의 최종 출구온도가 매우 높을 경우 증기터빈에 악영향을

줄 수 있으므로 이 온도를 일정한 값으로 설정해야 한다 따라서 규정된 값으로 온.

도를 유지하기 위하여 최종 증기 출구에 연결되는 과열기 혹은 재열기의 입구에,

스프레이를 설치하여 급수펌프를 지난 작동유체를 스프레이 수로 사용하여 최종과,

열기 및 재열기의 온도를 규정된 온도로 유지시켜 준다.

조연장치2.3.4.

가스터빈이 저부하시로 운전할 경우에 가스온도가 낮아짐으로 해서 폐열회수보일러

에서 증기 발생량이 줄어들게 된다 따라서 전체 시스템의 효율이 떨어지게 된다. .

조연장치는 배가스의 온도를 상승시킴으로 폐열회수보일러의 증기 발생량을 증가시

켜 증기터빈의 출력을 높게 하기 위해 사용한다 가스터빈은 과잉 공기비가 정도. 10

로 매우 높게 운전함으로 출구 가스 중에 다량의 가 존재한다 따라서 배가스O2 .

중에 연료를 분사 하여 배가스의 온도를 높게 할 수 있으며 본 프로그램은 조연장

치가 있을 경우 계산이 가능하다.

- 17 -

설계 절차2.4.

폐열회수보일러는 압력단과 구성요소가 다양하고 복잡하기 때문에 계산방법에 있어

서도 무수한 반복계산 및 수렴성 조사를 통하여 계산이 이루어 진다.

설계점 및 전열면적 계산2.4.1.

그림 설계점 및 전열면적 계산의5. Flow Diagram

설계점의 와 전열면적을 계산하는 이다 설계Heat & Mass Balance Flow Diagram .

점의 계산은 계산할 수 있는 모든 조건이 입력으로 주어진다 계산 순서는 다음과.

같다.

- 18 -

과열기 재열기 증발기 절탄기등 구성요소의 입출구 온도 압력 유량중에서(1) , , , , ,

입력조건으로부터 결정될 수 있는 온도 압력 유량을 전체 시스템의, , Mass

를 계산하면서 구한다Balance .

계산중 압력 유량 온도가 수렴되지 않을 경우 수렴조건을 만(2) Mass Balance , ,

족시킬 때까지 계속 반복 계산을 수행한다.

과열기 재열기 증발기 절탄기의 가스흐름 순서로 가스온도 및 유량을 계산(3) , , ,

한다.

전체 흡열량을 계산한 후 복사 손실량을 계산한다 복사손실을 계산한 후(4) . (3)

을 반복 계산한다.

전열면적을 계산한다(5) .

총괄전열계수를 가정한다(a) .

전열면적을 계산한다(b) .

등을 계산한다(c) .Ntu .ε

총괄전열계수를 계산한다(d) .

가정한 총괄전열계수와 계산한 총괄전열계수가 같은지 확인한다 같지 않을 경(e) .

우 부터 다시 계산을 한다(a) .

수렴조건 가 끝나면 가스 압력강하를 계산한다(f) check .

가스의 전체 압력손실을 계산하며 가스의 배압범위를 만족시키기 위해 입력데(g) ,

이타를 수정하여 반복 계산한다.

가스와 물의 질량속도 속도 메탈온도 등 필요한 각종 물성치를 계산한다(h) , , .

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탈설계점 성능계산2.4.2.

탈설계점 성능계산은 가스터빈의 성능이 변함에 따라 폐열회수보일러의 입구 가스

조건이 변하게 된다 따라서 폐열회수보일러의 거동에도 상당한 영향을 미치게 된.

다 탈설계점 성능계산은 설계점에서 계산한 및 전열면적을. Heat & Mass Balance

바탕으로 그림 의 탈설계점 성능계산 순서를 고려하여 계산을 수행한다6 .

그림 탈설계점 열계산의6. Flow Diagram

그 순서를 살펴 보면 다음과 같다.

- 20 -

먼저 를 계산한다(1) Heat Balance .

는 설계점에서 계산한 값들을 가정값으로 하여 계산을 수행한다 이Heat Balance .

계산은 가스 흐름상에 위치한 구성요소들만 계산이 이루어진다 계산은 가정값을.

바탕으로 총괄전열계수를 계산하고 를 계산한 다음 가스온도와 증기온도를 계.Ntuε

산한다 증발기에서는 증발량 및 가스온도를 계산 한다. .

가 계산이 되면 복사손실 및 각종 손실량을 계산하고 수렴조건을(2) Heat Balance

한다 수렴조건을 만족치 못하면 다시 를 계산 한다Check . Heat Balance .

를 계산한다(3) Mass Balance .

여기서는 증발기에서 계산한 유량을 바탕으로 탈기기의 보조증기유랑 스프레이유,

량 증기온도 터빈입구 압력 절탄기 등 각 구성요소의 특성 데이터를, , , Steamming

계산한다.

의 계산이 끝나면 모든 구성요소의 압력 온도 유량의 수렴을 체(4) Mass Balance , ,

크한다 한가지 구성요소라도 수렴하지 않을 경우 다시 번을 반복 계산한다. (1) .

압력 온도 유량의 수렴조건을 만족하면 계산결과를 출력하고 계산을 마친다(5) , , .

2.5. GUI (Graphic User Interface)

그래픽을 사용하여 폐열회수보일러 시스템을 쉽게 구성하고 구성요소별 입력항목,

을 사용자가 쉽게 넣을 수 있도록 되어있다.

그림 은 를 사용하여 시스템을 구성하고 실행하며 그 결과를 보는 일련의 흐7 GUI

름을 보여주고 있다 시스템은 먼저 사용자가 폐열회수보일러의 시스템을 구상. GUI

하여 각 구성요소를 화면에 가스흐름순서로 배치한다.

화면상에 구성요소를 생성시키고 배치를 하면 배치한 구성요소의 입력 데이타GUI

를 각 구성요소별로 입력한다 입력 데이터는 데이타 및 구. Heat & Mass Balance

조 데이타등이 있다.

- 21 -

그림 는 폐열회수보일러의 가스데이타 입력 화면과 각 구성요소별 구조데이타8. 9

입력화면이다 각 구성요소별로 입력이 완료되면 실행을 시킨다 실행은 를 통. . GUI

하여 실행버튼을 누름으로써 실행이 되며 실행과 동시에 콘솔 프로그램이 실행된,

다 계산이 종료되면 환경에서 각 구성요소별 데이타 및. GUI Heat & Mass Balance

전열면적등 필요로 하는 데이터를 볼 수 있다 성능예측의 경우 가지 가스터빈. 24

출구조건을 압력할 수 있으며 입력 가지수에 따라서 계산이 수행되어진다 가지. 24

의 경우가 모두 계산이 되며 각 경우의 계산결과를 필요항목별로 엑셀로 불러 들여

사용자가 쉽게 편집하고 수정할 수 있도록 하였다.

그럼 통합 기본설계 시스템의 실행7. HRSG FLOW

- 22 -

그림 통합 기본설계 시스템의 가스 조성 입력 부분8. HRSG

가스터빈 에서 사용하는 연료의 종류를 입력Gas Fuel Type : .

입력단위는 단위의 가지중 선택Gas Flow Unit : KG/H, NM3/H 2 .

가스터빈에서 배출되는 배가스의 유량을 입력Gas Flow : .

가스터빈 출구 온도를 입력합니다 단위는Gas Temperature: . .℃

가스터빈 출구압력을 입력합니다 단위는Gas Pressure: . mmH20.

관외의 오염계 수로써 단위는Fouling Factor : M2H /Kcal.℃

단위로 입력Ambient Temperature : .℃

설계자가 로 줄 수 있는 값입니다 흡열량을Uncountable Loss Value : Tolerance .

기준 으로 하여 계산을 합니다.

단위는 중 선택Uncountable Loss Value : %, Kcal/H .

- 23 -

그림 통합 기본설계 시스템의 전열 구조 정보 입력 부분9. HRSG

- 24 -

프로그램의 특징2.6.

사용자인 설계 엔지니어 측면에서 본 폐열회수보일러 기본설계프로그램의 특징은

다음과 같다.

어떠한 배치를 가진 폐열회수보일러라도 계산이 가능하며 새로운 모듈의 첨가(1). ,

가 용이하다.

프로그램이 모듈화되어 있어 언제나 새로운 기능을 가진 모듈이 있을 경우 추(2).

가가 가능하다.

본 시스템은 성능예측 진동 물량계산이 일괄처(3). Heat Balance, Sizing, , Check,

리 되므로 설계 시간의 단축이 가능하다, .

모든 종류의 폐열회수보일러라도 탈설계점 성능해석이 가능하다(4). .

누구라도 쉽게 사용할 수 있도록 가 구성이 되어있으며 빠른 시간내에 작(5). GUI ,

업을 할 수 있도록 되어있으므로 견적단계에서 짧은 시간내에 가능한 많은 시스템

에 대하여 검토가 가능하여 각 구성요소의 최적배치가 가능하다.

시스템 배치 및 계산이 용이하여 각 구성요소별 전열관 사양 배치등을 다양하(6). ,

게 가져갈 수 있어 전열관 물량을 최소로 하여 원가절감에 기여할 수 있다.

각 구성기기의 계산결과를 메뉴 및 아이콘에 의해 화면에서 직접 볼 수 있으므(7).

로시스템 설계시 엔지니어가 쉽게 이 가능하다Checking .

각 전열관의 관외 전열계수 계산방법은 자체 실험장치에서 실험을 통하여 구한(8).

식과 일반적으로 알려진 식들을 내장하고 있어 선택이 가능하다.

모든 입력에 대한 항목 및 설명이 화면에 직접 표시되어 있고 입력 데이타를(9). ,

화면에서 직접 입력할 수 있다 그리고 메뉴 및 아이콘에 의한 실행을 하므로 사용. ,

자가 프로그램을 의식하지 않고 시스템을 설계할 수 있다.

기본설계 계산 데이타를 필요로 하는 다른 계산 양식에 엑셀 및 텍스트 파일(10).

을 통하여 데이터를 공유한다 따라서 다른 계산서의 계산을 엔지니어로 하여금 빠.

른 시간내에 계산을 할 수 있도록 한다.

열계산시 사용자가 입력 데이타를 잘못 입력 할 경우 를 출력한다(11). Error .

내의 유속을 계산하고 기준치 이상의 유속이 발생될 경우 사용자로 하(12). Tube

여 금 수정을 요하도록 경고를 발생한다.

사용 가능한 전열관의 종류가 다양하다(13). .

등 다양한 전열관의 선택이 가능하Solid Fin Tube, Serrate Fin Tube, Bare Tube

다.

- 25 -

시스템의 설계 예2.7.

시스템 구성 및 데이터 입력2.7.1.

먼저 시스템을 구상하여 화면상에 그림 과 같이 구성요소를 가스흐름과 물GUI 10 /

증기 흐름의 순서로 배치한다 배치가 끝나면 각 구성요소의 입출구 연결 정보를.

화면상에서 입력한다 배치가 완료되면 각 구성요소별 입력 데이터 즉 온도 압력. , , ,

유랑 구조데이타를 입력한다 또한 폐열회수보일러의 입구 가스 조건도 같이 입력, .

한다.

그림 가스흐름과 물 증기 흐름의 순서로 전열부 배치도10. /

- 26 -

전열 면적 결정2.7.2

폐열회수보일러의 및 전열면적 계산이 끝나면 각 구성요소Heat & Mass Balance

별전열면적이 계산된다 계산된 전열면적을 바탕으로 하여 각 전열면적을 가지는.

구성요소별 가스흐름 방향의 튜브갯수가 결정이 된다 가스흐름 방향의 압력강하가.

계산이 되며 계산된 압력강하가 예상치보다 많을 경우 구조 데이터를 변경하여 다

시 계산한다.

그림 은 각 전열면적을 가지는 구성요소의 전열면적을 나타낸다11 .

그림 각 구성요소별 전열면적 계산 결과11.

성능 예측 기능2.7.3.

탈설계점 성능계산은 가스터빈이 부분 부하시에서 설계점 데이타를 기준으로 각

변수들의 값들이 계산된다 탈설계점 성능계산에서 가스터빈 출구Heat & Mass . ,

즉 폐열 회수보일러 입구 가스유량 온도 성분이 결정되면 폐열회수보일러에서 각, ,

구성요소의 전열면적이 일정하다는 조건과 열역학 법칙의 에너지 균형을 만족시키1

도록 반복적으로 계산이 수행된다.

이때 필요로 하는 스프레이유량 절탄기의 증기발생 탈기기의 압력변화 터빈입구, , ,

압력등이 자동 계산된다.

그림 는 가스터빈의 배가스 온도변화에 따른 폐열회수보일러 출구 가스온도 변12

화 및 효율들 보여준다.

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그림 가스터빈 배가스온도에 따른 효율 및 가스출구온도변화12. HRSG

그림 은 가스터빈 출구온도를 고정시켜 놓고 준다 그림 는 가스터빈 배가스13 . 14

온도에 따른 각 압력단별 증기발생량을 나타낸다 배가스의 유량만 변화시켰을 때.

각 압력단별 증기 발생유량을 나타낸것이다.

- 28 -

그림 가스터빈 출구 가스 유량 변화에 따른 증기 발생량의 변화13.

그링 가스터빈 배가스 온도에 따른 증발량14.

- 29 -

진동 체크기능2.7.4.

폐열회수보일러의 설계점 성능계산과 전열면적계산이 완료되면 폐열회수보일러의

구조가 결정되며 결정된 구조에서 진동 및 소음이 발생할 것인가를 예측하여 방지

하는 것이 필요하다 개발된 기본설계 프로그램에서는 각 구성요소별 튜브의 자려.

진동 여부를 체크하고 와의 간섭효과에 의 한 튜브의 진동을 방지하Karman Vortex

기 위해 설치가 필요한 배플 의 수를 계산해 준다(Baffle) .

이상에서 폐열회수보일러 기본설계 프로그램의 계산방법에 대한 이론적 근거와 복

잡한 시스템을 계산할 수 있는 계산 및 프로그램의 특징에 대하여 살펴보았Logic

다 이러한 의 개발을 통하여 복잡하고 종류가 다양한 폐열회수보일러의 시. Logic ,

스템 해석이 가능하게 되었다.

시스템 해석이 가능하게 됨으로써 선진사에 의존하던 견적단계에서의 폐열회수 보

일러시스템 구성 및 배치 탈설계점 성능해석등 선진사의 도움없이 자체적으로 수,

행할 수 있게 되었다 또한 기본설계가 가능하게 됨으로써 많은 인원이 필요했던.

견적업무도 본 프로그램을 이용함으로써 단 시간내에 신속하게 처리할 수 있게 되

었다.

개발된 프로그램을 이용하여 수주 전단계에서 고객의 요구에 부합하는 최적의 폐

열회수보일러를 추천할 수 있게 되었으며 전열관 물량 절감도 가능하게 되었다 또, .

한 폐열회수보일러의 최적 배치를 통한 당사의 기술력을 높일 수 있게 되었다.

- 30 -

프로그램 구성도2.8.

데이터 흐름도2.8.1.

그림 프로그램의 데이터 흐름도15.1 (1)

- 31 -

그림 프로그램의 데이터 흐름도15.2 (2)

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개발 프로그램 내용2.8.2

개발 항목 개발 도구 개발 내용

사항Engine VisualC++

도스모드에서 수행함으로써 의 일체감이 결여- Engine

됨을 극복하기 위해 라이브러리화

라이브러리를 사용함- Window .

프로그램 수행과정을 제시하고 출력양식을 조정함- .

Heatbalance

HeatSurface

Off-design

Solver

전체적인 관리 및 갱신을 위해서 개의 엔진을 각각- 3

수정을 요하는 것을 회피하기 위해서 하나의 통합화된

엔진으로 구축.

출력 및 계산 로직의 수정 가능성 도모- .

중복 함수의 제거 전체적인 파일 크기 축소화- .

물성 사항동적 라이브

러리화

물성 계산은 캡슐화가 가능함으로 재활용성이 가능- .

코드의 변경 및 추가시는 전체적인 소스의 변경을 요-

하지 않음.

결과 사항Surface

Off-design

형식의 파일을 필요한 정보만 추출하여- TEXT Sheet

화.

화를 통한 데이터의 재활용성을 향상- Sheet .

엑셀의 매크로를 이용하지 않고 외부에서 엑셀의 쉬-

트만 이용함.

엑셀 매크로의 제품 종속적인 상태에서 벗어남- .

출력 의 정리- TEXTFILE .

출력 내용을 디렉토리 구분하여 일괄 보관 기능- .

개발GUIVisualC++

파일OCX

의 배치등의 기능을 강화- Component .

항목의 연결시에 객체와 객체간의 연결은 직접 연결-

가능토록 함.

객체의 생성을 일정 크기로 가능하고 생성과 동시에-

이름 부여.

그리드의 선과 점을 이용하여 에디터에 편리- .

출력을 이미지 캡쳐에서 를 이용한 출- WindowDevice

력 기능.

라인의 연결 정보를 따로 관리- .

라인의 이동은 직각화를 요구 각 객체간의 연결은 직- .

각 이동이 가능.

라인을 가스 증기 일반화로 구분하여 필요한 기능에- , ,

맞춰 사용.

화면의 확대 축소 균일화 기능을 제공- , ,

- 33 -

프로그램 결과2.8.3.

계산 계산 계산이 종료되면 결과에서Heat Balance , Heating Surface , off-design

메뉴에서 각 계산항목과 관련된 메뉴를 선택합니다.

1). Heat Balance File

계산후의 결과를 보여 주는 항목입니다 여기서는 틀 제공합Heat Balance . Text File

니다 파일의 이름은 설 계 파일의 확장자를 로 바뀌어서 결과를 저장합니다. .hbf .

각 파일은 에서 읽어보면 편리한데 의 결과는 데이터의 신뢰Notepad Heat Balance

성 및 다음 단계의 전열면적 계산이나 탈설계점 계산의 핵심이 되는 부분으로 결과

의 신뢰성의 정도가 매우 중요하다고 본다.

그림 결과 파일16. Heat Balance

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2). Heat Balance T-Q Diagram

계산후의 결과를 보여주는 항목입니다 온도와 각 전열뱅크의 흡열Heat Balance .

량과의 관계를 그래프로 제공합니다.

그림 17. Heat Balance T-Q Diagram

3). Performance

전열면적 의 계산 후의 결과를 제공함 파일의 확장자는 입니다. .HSF .

그림 전열면적 계산 결과 파일18.

- 35 -

4). Off-design

성능계산의 결과를 제공하는 것으로 에서 설정한 의 수만큼의Project Manager Case

결과 가 생성됩니다 각각의 생성되는 파일은 으로 그 수량. .001 ~ .00# off-design

만큼의 파일이 생성됩니다 이 파일을 이용하여 데이터 베이스를 구축하여 통합 운.

영을 한다.

그림 탈 설계점 계산 결과 파일19.

- 36 -

5). Summary Heating surface

를 계산 결과중에서 모든 경우의 정보를 엑셀 쉬트화하는 메뉴입니Heat Balance

다 필요한 정보는 이 메뉴로 생성되 는 파일을 이용하시면 편리할 것입니다. .

그림 결과 및 탈설계점 계산 결과 파일20. Heat Balance EXCEL

- 37 -

양산사업화 추진내용III.

추진경과1.

열성능해석 개발완료S/W MODULE .

수순환 해석 개발완료S/W MODULE .

구조설계 연계 완료S/W INTERFACE S/W .

통합설계 개발완료HRSG ENGINEERING S/W .

통합설계 소개가 잘 표현된 홍보용 제작 배포HRSG S/W CATALOGUE

상 홍보 개설- INTERNET HRSG S/W SITE

당사의 제품특성과 기술력들 세부적으로 표현함- HRSG S/W

용 설계 포함 전문제작업체 용역- DEMO S/W SITE⇒

신속한 검색과 접근이 용이하도록 제작-

시각적 완성도로 일반인도 갖고 싶은 화면구성-

홍보 카달로그와 를 통한 영업활동 전개HRSG S/W INTERNET SITE

전세계 주요 주로 업체 발전소엔지니어링업체 업체 보일- CUSTOMER( G/T , , HRSG ,

러 제조업체 의 조직및 담당자파악)

외국 대사관 영사관 및 한전발주처을 통한- ( ) SOURCING

홍보 카달로그 및 를 파악된 담당자에게 송부HRSG S/W LETTER

카달로그 당사의 제품특성 및 기술력소개- :

및 운영사실 안내- LETTER: " +INTERNET SITE

단 정보홍수 시대에 수많은 가 있어 직접적으로 하지 않으면 그냥 간SITE APPEAL

과하기 쉽기 때문에 담당자에게 직접적으로 를 보내 관심을 유도하고LETTER

주소를 알 경우는 로도 동시 전송 홍보E-MAIL E-MAIL

매출실적2.

매출 실적:

삼영 열기 설계 프로그램 판매 만원(15.000 )

계약 체결:

삼영 열기 설계 인력 교육 만원( 5000 )

삼영 열기 자동 작도 프로그램 판매 만원( 10,000 )

향후 매출 계획:

국내 보일러 소각 열 교환기 관련 업체 대상 수주 예상 억/ / (10 )

해외 동남아 및 미주 보일러 업체 관련 억( ) (20 )

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기대 효과IV.

참고자료 국내 사: S

견적독자수행1.

견적관련 외국 선진 업체에 지불하는 비용절감

설계 독자 수행2.

견적 수행후 설계 및 기타 외국 선진 업체에 지불되는 비용절감

중량 절감3.

중량감소 자재비 등 관련 비용 절감의 효과(8.3%). 44%

설계 시간 단축4.

설계시간 단축 설계비절감50% , (7.6% 3.8%)→

납기 단축5.

납기 개월 개월 단축 단축 각종 경비 절감 경비 공사비14 10 (28% ) , 9.4% (S/V, PJT ,→

등)

수주 확대6.

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첨부 자료v.

신기술 인증에 따른 벤처기업 지정-

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벤처기업 기술성 및 사업성 평가서

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