Vibration Stability Analysis of Furnace System in Supercritical Boiler

초임계압 보일러 연소로의 진동안정성 평가기법 연구

최근 경제적인 연비와 효율적인 가동성, 배기가스 감소의 이유로 초임계압 보일러가 각광받고 있다. 하지만 보일러 연소로는 용접된 튜브로 구성되어 있기 때문에 연소 시 내부압력에 의해 발생되는 진동에 취약하여 이에 대한 진동안정성 평가가 필요하다. 본 논문에서는 CFD 기법을 기반으로 수행한 변동압력 해석과 단순화한 모델을 이용한 진동해석을 통하여 보일러 운전 시의 진동안정성 평가를 수행하였다. 변동압력해석은 정상상태 CFD 해석을 수행하고, 이를 이용한 음향모드 해석과 비정상상태 CFD 해석에서 변동압력을 추출하고, 음향모드 해석결과와 주파수 성분을 비교하여 검증하였으며 이를 진동해석 모델에 기진력으로 적용하여 보일러 연소로의 진동해석을 수행하였다. 진동해석 모델은 동특성을 고려한 등가물성치를 이용하여 연소로의 복잡한 구조를 단순화하였으며 buckstay 등의 방진구조를 구현하여 보일러의 진동안정성을 평가하는 기법을 정립하였다. 해석결과, 보일러 운전조건에서 비정상상태 CFD 해석을 통해 구한 변동압력과 진동해석을 통해 얻은 가속도 응답은 안정적 수준인 것으로 확인하였다. 이는 향후 유사한 보일러 안정성 평가에 적용이 가능하고, buckstay 등 보일러의 방진 구조 설계 및 평가에도 적용할 수 있음을 확인할 수 있었다.