부산대학교 도서관

석탄 화력발전소에서는 미분탄을 연소시켜 발생한 열을 통해 전열관군의 내부에 흐르는 보일러수를 증발시켜 그 수증기를 통해 터빈을 회전시켜 전기를 얻는다. 하지만 연소로 내부에서 발생하는 고열의 에너지와 유체의 흐름으로 유동 유발 진동이 발생하여 이로 인한 피로파손 및 발전소 보일러에 타격을 입어 발전소에 큰 피해를 줄 수 있다. 이러한 이유로 발전소의 내부에서 발생되는 유동 유발 진동 특성을 규명하는 것을 목적으로 한다. 먼저 유동 유발 진동 특성을 정확히 판단하기 위해 미분탄 보일러 연소로의 전체적인 해석으로 정상상태 해석을 통해 유동 안정화를 먼저 실시하고 이 결과를 토대로 비정상상태 해석을 수행하여 중요하다고 생각하는 부분을 기준으로 시간에 따른 압력 데이터를 이용하여 진동 특성을 규명하고자 하였다. 미분탄 보일러 연소로 내부의 유동 유발 진동 특성으로 5Hz 근처 또는 이하에서 진동이 발생 하였으며 10Hz 이상에서는 거의 진동이 발생하지 않는 것을 관찰하였다. 이를 통해서 10Hz 이하의 저주파 진동이 보일러 벽면에 가해지는 것을 확인할 수 있었다.또한 연소로 내부에 설치되어 있는 전열관군에서의 해석 결과를 도출해 내기 위해 전열관군과 거의 동일한 도면을 통해 모델링을 하여 비정상상태 유동을 해석하였다. 먼저 단관의 유동 해석을 시행한 결과로 30.7Hz의 주파수가 측정되었다. 스트로할수를 통해 계산한 주파수 값은 31.5Hz라는 것을 알 수 있었으며 이를 통해 해석의 신뢰성을 확보하였다. 전열관군의 해석을 시행한 결과 전열관군의 유동 유발 진동의 주파수가 37.1Hz로 실제 실험을 통한 결과인 39Hz와 거의 동일함을 관찰하였다.추가적인 해석으로 전열관군의 간격을 증가시킬수록 주파수영역이 감소하는 것을 볼 수 있었고, 반대로 전열관군의 간격을 감소시킬수록 주파수의 영역이 증가하는 것을 관찰할 수 있었다.
A coal-fired electrical power plant burns pulverized coal, then takes the burnt heat to vaporize the boiler water running inside of the heat exchanger tube array, and takes that vapor to spin the turbine to yield electricity. But since flow induced vibration can appear due to high heat energy and fluid flow inside a furnace, much damage can be caused to the power plant via fatigue failure and stricken power plant boiler control. For this reason, the aim of this study was to investigate the characteristic of flow induced vibration that takes place inside the power plant.First, fluidization was conducted through steady state analysis with overall analysis of pulverized coal boiler furnace in order to measure the characteristics of flow induced vibration accurately. Based on the results, vibration characteristics were investigated, using pressure data over time utilizing the unsteady state analysis data. It was observed that the vibration occurred near or under 5Hz, and rarely over 10Hz, as a characteristic of flow induced vibration from inside the pulverized coal boiler. This showed that the low frequency oscillation under 10Hz was applied to the boiler’s wall. In addition, unsteady state flow was analyzed via modeling through an almost identical floor plan to the heat exchanger tube array installed inside the furnace in order to comparable data. First, a frequency of 30.7Hz was obtained as a result of conducting floating analysis of a stub tube. The frequency calculated by Strouhal was found to be 31.5Hz and its reliability was checked in due course. Through conducting the analysis of heat exchanger tube array, it was observed that the frequency of flow induced vibration of the heat exchanger tube array was 37.1Hz, which was almost identical to the result from the actual experiment, 39Hz.Through an additional analysis, it was possible to see the frequency domain decreased as the space of heat exchanger tube array increased, and the other way, the space of heat exchanger tube array increased as the space of heat exchanger tube array increased.