유틸리티 플랜트 모터 / 터빈 공정의 최적운전
오상훈ㆍ여영구† 한양대학교화학공학과
133-791 서울시성동구행당동 17 (2007년 1월 17일접수, 2007년 2월 13일채택)
Optimal Operation of Motor/Turbine Processes in Utility Plant
Sanghun Oh and Yeong Koo Yeo†
Department of Chemical Engineering, Hanyang University, 17, Haengdang-dong, Seongdong-gu, Seoul 133-791, Korea (Received 17 January 2007; accepted 13 February 2007)
요 약
공장의안정적인운전과경제성을위해서는유틸리티의수급을정확히파악하고공급하는것이중요하다. 모터/터
빈공정은유틸리티플랜트에서수증기와전력의균형을조절하여주며이의최적운전은유틸리티플랜트의경제성 에지대한영향을미친다. 모터/터빈공정의분석을위해서는먼저수증기발생장치와수증기분배장치전반에대한
모델의규명이요구됨은물론제반상황에대한운전지식이필요하다. 유틸리티관련장치의모델과운전지식베이스
를기반으로구성되는모터/터빈운전최적화시스템에서는다양한등급의수증기헤더에서요구되는수증기양이변
할때각유틸리티설비의최적운전조건을제시하여주며수증기요구량의변화에따라유틸리티펌프의구동원이적 절하게선택되고이에따라전체유틸리티플랜트의조업경비도절감할수있다.
Abstract −To achieve safe operation and to improve economics it is imperative to monitor and analyse demand and supply of utilities and to meet utility needs in time. The main objective of motor/turbine processes is to manipulate steam and electricity balances in utility plants. The optimal operation of motor/turbine processes is by far the most important to improve economics in the utility plant. In order to analyse motor/turbine processes, we need steady state models for steam generation equipments and steam distribution devices as well as turbine generators. In addition heu- ristics concerning various operational situations are required. The motor/turbine optimal operation system is based on utility models and operational knowledgebase and provides optimal operating conditions when the amount of steam demand from various steam headers is changed frequently. The optimal operation system also produces optimal selec- tion of driving devices for utility pumps to reduce operating cost.
Key words: Utility Plant, Motor/Turbine Process, Optimization, Steam Header, Knowledgebase
1. 서 론
유틸리티는공장의운전에필요한에너지원을말하며유틸리티 시스템은유틸리티의공급에관련되는각종설비를말한다. 공장의 운전에필요한전기, 수증기, 공업용수, 공기및각종가스들은유 틸리티시스템을통하여공급된다. 그러므로공장의운전에서유틸
리티시스템의효율적인관리와운영은공장의안전운전과경제성 에가장큰영향을미친다. 대부분의공장에서운전에필요한에너 지원으로사용되는유틸리티중에서가장큰비중을차지하는것은 수증기이다. 보일러에서만들어지는수증기는중요한열전달매체
이고, 안정적으로열에너지를공급하는데사용된다. 수증기의효율
적인관리는공장의전력및용수의수급에영향을준다. 그리고공 정에서요구하는수증기량은공정의조업상황, 계절, 기후조건에
따라자주변하기때문에, 공장의안정적인운전과경제성을위해 서는필요로하는수증기의변화량을정확이파악하고, 공급하는것 이중요하다. 그러나수증기분배를위해서는복잡한조업지식과 터빈발전기, 수증기발생장치의분석을필요로하기때문에정확
하고신속한수증기분배에어려움이많다. 따라서수증기수급을 중심으로유틸리티공정의운용을살펴보는것은중요하고, 유틸리 티설비각각에대하여최적운용방안을규명할필요가있다.
그동안화학공장의수증기분배공정에대한많은연구가이루어 져왔다. 초기에는단순한수증기분배공정의정상상태물질수지 와선형계획법을이용하였지만대상공정이너무단순하고터빈
발전기의모사가부족하여실재공정에이용할수없었다[1-3].
†To whom correspondence should be addressed.
E-mail: [email protected]
MILP나 MINLP를이용하여조업비용을최소화하는연구[4-8]가
이루어져있지만실재공장에서의운전은경제적인조업보다안정 적인조업을우선하기때문에실제운전에적용하기에는무리가있 었다. Nishio 등[9]은 two-level approach를이용하여수증기가지배 하는경우와전력이지배하는경우에대하여최적의수증기와전력 공급량을계산하였다. Petroulas 등[10]은유틸리티시스템의합성 및설계기법을제안하기위하여 LP 방법을이용하였고, 수증기물
성의계산에 PPROPS 시스템을이용하여최적의수증기헤더압력
을정할수있도록하였지만비용을고려하지않았다. Maria 등[11]
은 simulated annealing 알고리즘을이용하여최적의유틸리티공정 합성연구를하였다.
본연구에서다룬모터/터빈공정은유틸리티플랜트에서수증기 와전력의균형을조절하여주며유틸리티플랜트의경제성에지대 한영향을미치는중요한공정이다. 모터/터빈공정의분석을위해 서는먼저수증기발생장치와수증기분배장치전반에대한모델의 규명이요구됨은물론제반상황에대한운전지식이필요하다. 모 터/터빈운전최적화시스템은이러한유틸리티관련장치의모델 과운전지식베이스를기반으로구성되며다양한등급의수증기헤 더에서요구되는수증기양이변할때각유틸리티설비의최적운 전조건을제시하여준다. 아울러수증기요구량의변화에따라유 틸리티펌프의구동원이적절하게선택되어야하는데이에따라전 체유틸리티플랜트의조업경비도절감할수있다.
본연구에서는먼저유틸리티플랜트에서수증기발생장치를중 심으로하여각단위공정의모델을규명하고모터/터빈공정에대 한운전지식베이스를구축하였다. 본연구에서대상으로한플랜 트는여천 NCC(주)의유틸리티공정이다. 모터/터빈운전최적화
시스템은저압, 중압, 고압, 초고압과같은다양한등급의수증기헤 더에서수증기수급이변할때각유틸리티설비의최적운전조건 을제시하여주며수증기요구량의변화에따라유틸리티펌프의 구동원을적절하게선택하여주고이에따라전체유틸리티플랜트 의조업경비를절감시켜줄수있다.
2. 유틸리티 공장의 모델링 2-1. 수증기 발생장치의모델링
보일러는연료를연소하여얻은열이나다른열원으로부터의열을 이용하여밀폐용기내의물로부터수증기를발생하는장치로서주 로탈기기(deaerator), 고압급수가열기(HPH, high-pressure heater),
증기식 공기예열기(SAH, steam-air heater), 1차및 2차과열기
(superheater), 보일러드럼(boiler drum), 연료유가열기(oil heater),
플래쉬탱크(flash tank)로구성되어있다(Fig. 1). 보일러내부가부 식하거나노폐물이축적되는것을막기위해보일러의급수는면밀 한사전처리를해주어야한다. 탈기기에서는수증기를유입시켜보 일러급수와접촉하도록하여급수내부에용해되어있는기체를 제거하는데이는보일러급수에용해되어있는기체가보일러내부 에서팽창하게되어보일러가폭발할가능성이있기때문이다.
2-1-1. 연료유가열기(oil heater)와증기식공기예열기(SAH)
보일러의연료로는흔히벙커-C유를사용한다. 벙커-C유는점도 가매우높기때문에연료유가열기를이용하여오일의온도를높 여줌으로써오일의유동성과연소율을높일수있다.
연료유가열기(oil heater):
(1) (2)
증기식공기예열기(SAH):
(3) 2-1-2. 보일러(boiler)
보일러공급수는초고압수증기와 CBD(continuous blow down)
의합으로나타낼수있다. CBD는보일러드럼에서포화수를연속
적으로뽑아내는것으로보통수증기생산량의 1% 정도이다. 초고
압수증기생산보일러(SS boiler)의수지식은다음과같다. (4) (5) (6)
식(4)와식(5)로부터식(7)을얻을수있다.
(7)
식(7)을식(6)에대입하면식(8)을얻을수있다.
(8)
마찬가지로고압수증기생산보일러(HS boiler)의수지식은다 음과같다.
(9) (10) 2-1-3. 탈기기(deaerator)와고압급수가열기(HPH)
공급용수는탈기기로유입되고증기식공기예열기와고압급수 가열기, 연료유가열기로부터나오는응축수가더해진다. 탈기기에
H76 H– fuel
( )m76 H–( 56 H– 71)m56=0 H77 H– fuel
( )m77 H–( 56 H– 71)m56=0
Hair′ H– air
( )mair – H( 55 H– 55′)m55=0
m58=0.01m1
m74=m1+m58
∆H m= 1H1+m58H58 m– 74H74
m74=1.01m1
∆H H=( 1+0.01H58 1.01H– 74)m1
m75=1.01m1
∆H H=( 2+0.01H59–1.01H75)m2
Fig. 1. The Schematic diagram of steam generation units.
서나오는공급수는보일러상부드럼과감압용급수로이용한다.
또한탈기기는급수를저장함으로써급수량의급변에대응할수있
도록한다. 고압급수가열기(HPH)는중압수증기를이용하여고압
의급수를예열하고, 사용된중압수증기는응축수로탈기기로유 입된다.
탈기기(deaerator) :
(11) (12)
고압급수가열기(HPH) :
(13)
2-2. 수증기 분배장치의모델링
2-2-1. 수증기헤더(steam header)
수증기헤더는수증기발생장치에서생산한수증기를각각의단 위공정이나수요처로공급해주는역할을하며헤더의압력에따 라초고압, 고압, 중압, 저압수증기헤더로구분할수있다. 네개
의헤더는일반적으로터빈발전기와유틸리티터빈, 그리고감압 설비로연결되어있으며비상사태를위해대기방출운전을하도록 되어있다.
보일러에서생산된초고압수증기는먼저초고압수증기헤더로
이송되는데그중일부는각각의공정으로이송되고나머지는터빈 발전기에공급되어중압수증기헤더와저압수증기헤더로추기되 기도하며감압설비를거쳐고압수증기헤더로공급되기도한다.
감압설비를거친고압수증기는유틸리티펌프를구동하는터빈으 로공급되어중압수증기헤더나저압수증기헤더로추기되기도 하며나머지는감압설비를거쳐중압수증기헤더로공급된다. 유 틸리티터빈과터빈발전기의고압단, 그리고감압설비로부터공 급된중압수증기는연료펌프를구동하기위한터빈, 고압급수가 열기, 증기식공기예열기, 수증기분무장치에서사용되고, 나머지
는감압설비를거쳐저압수증기헤더로공급된다. 터빈발전기의 저압단, 감압설비, 플래쉬탱크, 유틸리티터빈으로부터공급된저 압수증기는탈기기와증기식연료예열기및각각의공정으로공 급된다(Fig. 2).
초고압수증기헤더(superheated steam header) :
(14)
고압수증기헤더(high-pressure steam header) :
(15)
m54′+m55′+m70+m71=m72
H54′m54′+H55′m55′+H70m70+H71m71=H72m72
H74+H75–H73
( )m73–(H54–H54′)m54=0
m3+ +m9 m15+m17+m19+m21+m24–m1=–b1
m11+m27+m29+m31+m33+m35+m37+m39+m43+m45
m+ 47+m49–m2–m10–m16–m22–m25=–b2
Fig. 2. The flow diagram of steam in steam distribution plant.
중압수증기헤더(medium-pressure steam header) :
(16)
저압수증기헤더(low-pressure steam header) :
(17) 2-2-2. 감압설비(desuperheater)
감압설비는수증기헤더의압력을조절하는데가장많이사용되 는공정장치로서높은온도와압력의수증기를낮은온도와압력 의수증기로만드는역할을한다. 이장치는다른공정장치에비해
운전이간단하고복잡한조업지식이필요하지않다. Fig. 3은감압
장치를개략적으로나타낸것이다.
(18) (19)
식(18)과식(19)로부터유입수와유출수, 분무수의관계를구할수
있다.
(20)
분무수의총괄물지수지식은다음과같다.
(21) 2-2-3. 터빈발전기(turbune generator)
수증기터빈의모델링에있어서먼저과열수증기는이상기체이 며각압력단계로유입되는수증기의운동에너지는무시할수있는 것으로간주한다. 터빈발전기의발전량은다음식으로얻을수있 으며추기량의변화에의해발전량을변화시킬수있다.
(22)
각터빈발전기의물질수지식은다음과같다.
(23)
(24) (25)
터빈발전기의조업자료에서유입되는초고압수증기유량, 각 추기량, 발전량의회귀분석을통하여다음과같은효율식을얻을 수있었다.
(26) (27) (28)
이식에서 c1~c10은상수이다.
2-3.유틸리티펌프 공정
수증기시스템을분석할때빈번하게일어나는문제는저압수증 기수요를충당하기위해서고압수증기를감압밸브를통과시킬 것인가, 아니면수증기터빈을통과시킬것인가를결정하는문제이 다. 어느방법이유리한지를알기위해서는전력비용, 연료비용, 수 증기터빈효율, 수증기물성치, 보일러효율에대한데이터가필요
하다. 모터/터빈공정으로서 Fig. 4에보인바와같이전기모터와 수증기터빈모두에의해서구동될수있는펌프에대하여다음과 같이두가지운전방법을설정하여보았다.
방법 1: 수증기터빈을사용하여펌프를구동하고저압수증기를 공급한다.
방법 2: 전기모터를사용하여펌프를구동하고저압수증기는감 압밸브를이용하여공급한다.
2-3-1. 수증기터빈을사용하는경우
이경우수증기생산장치에서생산된수증기로터빈을구동하므 로모터구동을위한전력이요구되지않는다. 각수증기터빈에서 요구하는수증기량이부족하거나다른공정장치에서요구하는수증 기량이증가하게되면수증기생산장치에서수증기를추가로생산 하기전에먼저유틸리티펌프의구동원을전기모터로교체하여 수급을조절하도록한다.
2-3-2. 전기모터를사용하는경우
전기모터를구동하기위해서는전기모터에서소모하는전력량 만큼을터빈발전기에서추가로생산하여야한다. 전력을생산하기 위해터빈발전기로유입되는수증기량은, 중압및저압응축수의
추기량으로부터결정할수있다. 공정장치에서사용되는수증기가
m13+m41+m51+m53+m54+m55–m7–m12–m18–m28–m30
m44
– –m46=–b3
m56+m71–m8–m14–m20–m32–m34–m36–m38–m40–m42
m50
– –m60=–b4
min+mw=mout
Hinmin+Hwmw=Houtmout
mw (Hout–Hin)
Hw–Hout
( )
---min
=
m62+m63+m64+m65+m66+m67+m68+m69=m61
W ηi
∑i (mi∆Hi)
=
m3=m4+ +m5 m6
m21=m22+m23
m24=m25+m26
η1=c1+c2e–6m3H3+c3e–6m4H4+c4e–6m5H5
η2=c5+c6e–6m21H21+c7e–6m22H22
η3=c8+c9e–6m24H24+c10e–6m25H25
Fig. 3. The schematic diagram of desuperheater.
Fig. 4. The schematic diagram of Motor/Turbine.
남게될경우전력소모를줄이기위해유틸리티펌프의구동원을 수증기터빈으로교체하여잉여수증기를사용한다.
3. 운전지식 베이스를 이용한 수증기 분배 공정 수증기는온도와압력에따라초고압, 고압, 중압, 저압수증기로 나뉜다. 이러한네가지등급의수증기는감압설비와터빈발전기,
유틸리티펌프를구동하는수증기터빈으로연결된수증기헤더를 통해각각의공정으로공급된다. 그러나일반적으로네등급의수
증기를동시에생산하지않고, 많은양의초고압수증기와약간의 고압수증기만생산하고낮은등급의수증기는감압설비, 터빈발 전기및유틸리티터빈을통해만든다. 따라서공장에서저압수증 기요구량의변동을충족시키기위해서공정장치를조절하는경우 다른등급의수증기헤더에영향을주기때문에, 수증기분배는항 상저압수증기헤더에서시작하여중압, 고압, 초고압순서로수행 하고, 보일러에서의자기소모수증기량, 발전량, 모터와의관계, 터 빈발전기의성능을고려해야한다.
3-1. 수증기 분배장치의조작순서
(1) 저압수증기의수요변화에따라서다음과같은순서로진행한다.
①감압설비3(Dht3)의유출량을변동시킨다.
②터빈발전기의저압단추기변동을한다.
③고압수증기 헤더(HS header)에서 저압수증기헤더(LS
header)로의유틸리티터빈의구동원을선택한다.
④ 중압수증기 헤더(MS header)에서 저압수증기 헤더(LS
header)로의유틸리티터빈의구동원을선택한다.
⑤감압설비6(Dht6)의유출량을변동시킨다.
각단계별로작업을수행한후에헤더의조건을충족시켰는지검 사하여조건이충족되면중압수증기수요변화를검사하고조건을 충족시키지못하면다음단계로넘어간다.
(2) 중압수증기의수요변화에따라서다음과같은순서로진행한다.
①감압설비2(Dht2)의유출량을변동시킨다.
②터빈발전기의고압단추기변동을한다.
③ 고압수증기 헤더(HS header)에서 중압수증기 헤더(MS
header)로의유틸리티터빈의구동원을선택한다.
④ 중압수증기 헤더(MS header)에서 저압수증기 헤더(LS
header)로의유틸리티터빈의구동원을선택한다.
⑤감압설비5(Dht5)의유출량을변동시킨다.
각단계별로작업을수행한후에헤더의조건을충족시켰는지검 사하여조건이충족되면고압수증기수요변화를검사하고, 조건을 충족시키지못하면다음단계로넘어간다.
(3) 고압수증기의수요변화에따라서다음과같은순서로진행한다.
①감압설비1(Dht1)과감압설비4(Dht4)의유출량을변동시킨다.
②터빈발전기(MinorTbn2)의추기변동을한다.
③터빈발전기(MinorTbn1)의추기변동을한다.
④고압수증기헤더(HS header)에서중압수증기헤더(MS
header)로의유틸리티터빈의구동원을선택한다.
⑤고압수증기 헤더(HS header)에서 저압수증기헤더(LS
header)로의유틸리티터빈의구동원을선택한다.
⑥고압수증기헤더(HS header)에서응축수로의유틸리티터
빈의구동원을선택한다.
⑦고압보일러(HS boiler)의부하량을변동시킨다.
각단계별로작업을수행한후에헤더의조건을충족시켰는지검 사하여조건이충족되면초고압수증기수요변화를검사하고, 조건
을충족시키지못하면다음단계로넘어간다.
(4) 초고압수증기의수요변화에따라서다음과같은순서로진행한다.
①초고압보일러(SS boiler)의부하량을변동시킨다.
②각헤더의균형과보일러의부하량이수렴하면결과를출 력하고종료하고수렴하지못하면저압수증기의수요변화 로돌아간다.
위의과정들은 Fig. 5에순서도로나타내었다.
3-2. 운전지식베이스에의한수증기분배
Fig. 2에보인유틸리티플랜트의모터/터빈부분에대하여운전
지식베이스를이용한수증기분배를실행하였다. 수증기분배를위
해서각헤더별수증기변화량만입력하면원하는수증기량을헤더 별로만족시킬수있게하였다. 유틸리티플랜트의현재조업상황
에대한유틸리티펌프의구동원과구동상황은 Table 1과같다.
가상적상황으로서다음과같이수증기요구량이변하였을때수 증기분배를실행하였다.
초고압수증기 : 변화없음 고압수증기 : 20 t/h 증가 중압수증기 : 20 t/h 감소 저압수증기 : 15 t/h 감소
유틸리티펌프의구동원변화에따른결과는 Table 2와같다.
4. 수증기 분배 공정의 최적화
운전지식베이스로부터얻은유틸리티공장의조업상황을기본 으로하여, 목적함수와제약조건을구성하여 9가지서로다른경 우에 대해최적화를 수행하였다. 최적화에사용된 프로그램은
MATLAB 7.0로구현되었으며 80개의변수와 54개의식으로구성
되어있다.
목적함수는다음과같이설정하였다:
(29)
위에서 Cwater는공업용수가격, 그리고 Cfuel은벙커-C유가격이다.
제약조건은위에서구한각장치의모델식을이용한다. 물질수 지식은등식제약조건, 에너지수지식은부등식제약조건으로한
다. 에너지수지식을부등식으로하는것은모든장치의효율이
100%가될수없기때문이다.
등식제약조건
min f C= water(m1+m2)+Cfuel(m77+m78)
m3+ +m9 m15+m17+m19+m21+m24–m1=–b1
m11+m27+m29+m31+m33+m35+m37+m39+m43+m45+m47+m49
m2
– –m10–m16–m22–m25=–b2
m13+m41+m51+m53+m54+m55–m7–m12–m18–m28–m30–m44
m46
– =–b3
Fig. 5. Operation sequences according to various situations.
부등식제약조건
Table 3은최적화계산결과를요약한것이다. 표에서알수있듯
이 9가지경우모두에서최대 10,036￦/h(No.5), 최소 1,969￦/h(No.6)
의비용절감을달성할수있음을확인할수있다. 5. 결 론
수증기분배를위해서는복잡한조업지식과터빈발전기, 수증 기발생장치의분석을필요로하기때문에정확하고신속한수증 기분배에한계가있다. 따라서지금까지수증기분배는현장조업
자의경험적지식에의해대략적인수증기분배가이루어져왔다.
본연구에서는유틸리티공장에대한최적의조업조건제시하여 신속하고정화하게안정적이고경제적인수증기분배를할수있도 록했다. 이를위해유틸리티공장을수증기발생장치와수증기분
배장치로구분하여각장치에대하여모델링을하였고유틸리티 펌프를구동시키는수증기터빈과전기모터의구동원을적절히선
m56+m71–m8–m14–m20–m32–m34–m36–m38–m40–m42–m50
m60
– =–b4
m1+ +m2 m57–m54–m55–m70–m71=0 m54+m55+m70+m71–m57–m72=0
m62+m63+m64+m65+m66+m67+m68+m69–m61=0 m61+m72–m73=0
m64+m75–m73=0 m58+m59–m60=0 m1+m58–m74=0 m2+m59–m75=0 m3–m4–m5–m6=0 m7–m4–m62=0 m8–m5–m63=0 m21–m22–m23=0 m24–m25–m26=0 m10–m64–m9=0 m12–m65–m11=0 m14–m66–m13=0 m16–m67–m15=0
m18–m68–m17=0 m20–m69–m19=0 m27–m28=0 m29–m30=0 m31–m32=0 m33–m34=0 m35–m36=0 m37–m38=0 m39–m40=0 m41–m42=0 m43–m44=0 m45–m46=0 m47–m48=0 m49–m50=0 m51–m52=0
0.069885m1–m76=0.077024 0.069885m2–m77=0.077024 0.0106m1–m53=0.0117 0.13m1–m54=0 0.038m1–m55=0 0.004m1–m56=0.044 0.0927m1–m57=0
W79–0.3750m3+0.2470m4+0.1749m5+8.9999≤0 W80–0.3420m21+0.2595m22+8.1498≤0
W81–0.3301m24+0.2519m25+7.0584≤0 m62–0.03m4≤0
m63–0.03m5≤0 m64–0.0833m10≤0 m65–0.0641m12≤0 m66–0.0602m14≤0 m67–0.0833m16≤0 m68–0.0162m18≤0 m69–0.1935m20≤0 Table 1. Specifications of Motor/turbine and driving state
Equipment Motor/Turbine Driving state
Mtr 1 1M / 1T 1M / 1T
Mtr 2 2M / 3T 1M / 1T
Mtr 3 1M / 1T 1M / 1T
Mtr 4 2M / 4T 1M / 2T
Mtr 5 4M / 4T 2M / 2T
Mtr 6 1M / 2T 1M / 1T
Mtr 7 4M / 4T 2M / 2T
Mtr 8 2M / 2T 1M / 1T
Mtr 9 3M / 3T 1M / 1T
Mtr 10 3M / 2T 1M / 1T
Mtr 11 2M / 2T 1M / 1T
Mtr 12 3M / 1T 1M / 1T
Mtr 13 2M / 1T 1M / 1T
M : motor / T : turbine
Table 2. The results of knowledgebase
Equipment Driving state knowledgebase
Mtr 1 1M / 1T 1M / 1T
Mtr 2 1M / 1T 1M / 1T
Mtr 3 1M / 1T 2M / 0T
Mtr 4 1M / 2T 1M / 2T
Mtr 5 2M / 2T 0M / 4T
Mtr 6 1M / 1T 0M / 2T
Mtr 7 2M / 2T 3M / 1T
Mtr 8 1M / 1T 1M / 1T
Mtr 9 1M / 1T 1M / 1T
Mtr 10 1M / 1T 2M / 0T
Mtr 11 1M / 1T 1M / 1T
Mtr 12 1M / 1T 1M / 1T
Mtr 13 1M / 1T 1M / 1T
M : motor / T : turbine
택할수있도록하였으며이를위해수증기유량, 연료유량, 급수 량, 전력생산량등을대상변수로선정하고, 유틸리티모델과운전 지식베이스를바탕으로하는최적화시스템을구성하였다. 구성된 모터/터빈최적화시스템으로부터각수증기사용처에서요구되는
수증기의수급변동에대하여헤더별로요구량을만족시키고각장 치별로최적화된조업변수들을얻을수있었다. 또한수증기요구 량의변화를통하여연료및급수량의변화를파악하고전산모사 결과조업경비가절감되었음을확인할수있었다.
감 사
본연구는에너지관리공단에너지기술학술진흥사업(2006-000-
0000-3314) 과제에의하여이루어진결과의일부이며지원에감사
드립니다.
사용기호 b1 : balance of SS steam header b2 : balance of HS steam header b3 : balance of MS steam header b4 : balance of LS steam header ci : constant of efficiency equation Cwater : cost of water [￦/t]
Cfuel : cost of bunker fuel oil C [￦/l]
f : objective function
Hair : specific enthalpy of air [kJ/kg]
Hfuel : specific enthalpy of fuel [kJ/kg]
Hi : specific enthalpy at position label i [kJ/kg]
Hin : specific enthalpy of steam to desuperheater [kJ/kg]
Hout : specific enthalpy of steam from desuperheater [kJ/kg]
Hw : specific enthalpy of water to desuperheater [kJ/kg]
mair : mass flow rate of air [t/h]
mi : mass flow rate at position label i [t/h]
min : mass flow rate of steam to desuperheater [t/h]
mout : mass flow rate of steam from desuperheater [t/h]
mw : mass flow rate of water to desuperheater [t/h]
W : electiric power amount [MWh]
ηi : efficiency of turbine generator
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Table 3. The results of optimization
No. LS Demand of steam header(t/h)MS HS SS Before optimization (￦/h) After optimization(￦/h) Difference
1 10- 14- 30+ 0 247,837 243,771 -4,067
2 10- 12- 13- 40+ 248,934 243,625 -5,309
3 5- 8+ 6- 22+ 253,878 244,021 -9,858
4 0 0 5+ 2.5+ 247,606 243,603 -4,003
5 0 30+ 5- 2- 254,037 244,000 -10,036
6 10+ 20+ 30- 5+ 245,124 243,155 -1,969
7 20+ 3.5- 12- 5+ 247,626 243,599 -4,027
8 30+ 20- 5+ 2- 248,895 243,361 -5,534
9 50+ 20- 15- 0 248,789 243,381 -5,408
+: increase, - : decrease
