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  스팀터빈 효율 문의 건
  글쓴이 : 초보왕   고유ID : wcwcwc1006     날짜 : 20-04-29 16:02     조회 : 119    
스팀터빈을 통한 compressor 구동과 Motor를 통한 compressor 구동의 경제성을 비교하는 과정에서
스팀터빈의 효율을 알아보고자 합니다.

1. Inlet Steam
   1) 289.5t/h / 43bar / 385℃
      - Steam Table 참고시 : 약 3,178KG/kg (759kcal/kg) 엔탈피

2. Outlet Steam
    2) 281.5t/h  / 0.18bar / 58℃
      - 약 2296.2KG/kg (549kcal/kg) 엔탈피    

(Inlet Steam 열량 - Outlet Steam 열량) = Compressor 동력에 사용
즉, (Inlet Steam 열량 - Outlet Steam 열량) / inlet Steam 열량  = Steam Tubine의 효율로 간주해도 되는 것인지요
그러면
      (289.5 *1000 kg/h * 759kcal/kg) - (281.5 * 1000 kg/h * 549 kcal/kg) /  (289.5 *1000 kg/h * 759kcal/kg)
       = 약 30%

라고 여겨도 되는지 문의 드립니다.

Stefano    20-04-30 16:29
KG는 kJ로 Typing해야 하고//
Turbine 효율은 투입열량 대비 출력동력의 비로 계산해야 합니다. 
투입열량은 Inlet-Outlet  총엔탈피 차이이므로  (Inlet Steam 열량 - Outlet Steam 열량)이 분모가 되어야 하고
출력은 Turbine Shaft 에서 얻어지는 구동동력에 해당합니다.
장해 onni22   20-05-04 20:24
대략 70MW의 동력을 필요로 하는 구동계인 것으로 보입니다. (STG inlet Enthalpy - outlet Enthalpy) x mass flow = kw (kJ/s)

Turbine의 효율은 일반적으로 실제발생한 엔탈피 차이 / 이상적으로 팽창할 때의 엔탈피 차이로 구하기도 합니다.
여기서는 ( Inlet Enthaly - 실제Outlet Enthalpy) / ( Inlet Enthalpy - Outlet Enthalpy at Inlet Condition과 동일 Entropy ) 입니다.

 Inlet Condition의 Entropy (kJ/kg/'C)와 동일값에서의 outlet Pressure로 떨어졌을 때의 Enthalpy (kJ/kg)를 구하면
- 먼저, Inlet condition 43bara, 3178 kJ/kg >> 6.68 kJ/kg/'C Entropy
- Outlet pressure 0.18bara & 6.68 kJ/kg/'C Entropy >> 2188 kJ/kg


(3178 - 2296) kJ/kg
--------------------------  = 0.891 (89.1%)
(3178 - 2188) kJ/kg
 
대략 89% 효율의 터빈입니다. 효율이 좋은 터빈으로 보입니다만 다른 Reference로 한번 검증을 해보는 것이 좋겠습니다.
스테파노 Stefano   20-05-06 18:04
(1) 이전의 장해님 답글은 열역학제2법칙에 의해 스팀터빈이 생산가능한 이론적 동력대비 효율을 계산하는 방법을 잘 설명한 것입니다. 

공급스팀이 마찰손실이 전혀 없는 (즉 동력 생산과정중에 엔트로피 변동(증가)이 없는) 에너지를 기준으로 실제 엔탈피 소요량을 계산하는 것이므로 Fluid인 Steam만을 기준으로 한 Isentropic Efficiency를 계산하는 것이지요.  따라서 소모된 동력이 계산된 것이라서 실제 터빈에 의해 생산되는 축동력은 알 수가 없습니다.

(2) 따라서 원래의 질문에서 모터와 스팀터빈의 구동동력을 비교하려면 (스팀에너지 소요량이 아니고)실제 생산되는 동력을 알아봐야 합니다.  Condensing Steam Turbine의 경우 약 36~42% 정도의 효율을 가진다고 합니다.
장해 onni22   20-05-31 14:08
질문의 요지인, 구동계로써 Turbine Driven과  Motor Driven 중에서 어느 것이 경제적인 것인가에 대한 설명은 간략히 여기에 설명하기엔 어려움이 있는 것 같고, 시스템에 대한 고려할 부분도 있어서 (저는 화공쪽은 시스템 구성을 잘 모릅니다) 정확한 답변이 어렵겠습니다.

다만, 터빈 자체 효율과 터빈을 사용하는 시스템 효율에 대한 개념은 저도 헷갈려서 정리하는 차원에서 적어봅니다.
 
영문이지만 설명보다는 그림과 정의가 나온 아래 링크의 논문을 보시면 이해가 가장 잘 될 듯 합니다.
https://www.researchgate.net/publication/38106709_Determination_of_the_Real_Loss_of_Power_for_a_Condensing_and_a_Backpressure_Turbine_by_Means_of_Second_Law_Analysis


위 내용을 간단히 요약하자면
가. "터빈 자체"의 효율은 80%대의 효율을 가지는 것이고
나. 터빈을 포함한 "시스템 효율"은 스테파노님 말씀처럼 30~40% 효율을 가지는 것이 맞습니다.

질문의 outlet steam condition 조건을 고려할 때, Back pressure turbine 으로 보이며 이럴 경우 Motor와 효율을 비교한다면 (나) 시스템 효율을 고려하는 것이 타당할 듯 합니다. 통상 Steam을 boiler에서 공급받거나 외부 Steam 공급처로 부터 받아오는 (구입) 것으로 알고 있고, Motor를 구동하는 전기 또한 구입하여 사용한다면  이 두 시스템의 기기_시스템 구성을 위한 금액과 운영시 전력/스팀 구입비용을 고려하면 어느 것이 더 효율적인 구동계인지 알 수 있을 것 같네요.
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