The performance monitoring system in the power plant should have the capability to estimate power generation efficiency accurately. Several power generation efficiency models have been proposed for the combined heat and power (CHP) plant which produces both electricity and process steam(or heating energy, hereinafter expressed by process steam only). However, most of the models are not sufficiently accurate due to the wrong evaluation of the process steam value. The study suggests Electricity Conversion Efficiency (ECE) model with determination of the heat rate of process steam using operational data. The suggested method is applied to the design data and the resulted trajectory curve of power generation efficiency meets the data closely with R2 99.91%. This result confirms that ECE model with determination of the model coefficient using the operational data estimate the efficiency so accurately that can be used for performance monitoring of CHP plant.
The thermal hydraulic performances of Steam Generator (SG) under both steady and transient operation conditions are of great importance for the safety and economy in nuclear power plants. In this paper, based on our self-developed SG thermal hydraulic analysis code STAF (Steam-generator Thermalhydraulic Analysis code based on Fluent), an improved new version STAF-CT (fully Coupling and Transient) is developed and introduced. Compared with original STAF, the new version code STAF-CT has two main functional improvements including "Transient" and "Fully Three Dimensional Coupling" features. In STAF-CT, a three dimensional energy transferring module is established which can achieve energy exchange computing function at the corresponding position between two sides of SG. The STAF-CT is validated against the international benchmark experiment data and the results show great agreement. Then the U-shaped SG in AP1000 nuclear power plant is modeled and simulated using STAF-CT. The results show that three dimensional flow fields in the primary side make significant effect on the energy source distribution between two sides. The development of code STAF-CT in this paper can provide an effective method for further SG high fidelity research in the nuclear reactor system.
Inconel-600 alloy has been used as steam generator tube material for current pressurized water reactors (PWRs). The long-term operation of steam generators showed that the use of this material induced localized corrosion damages and increased tube wear of steam generator. To protect these problems, steam generator tube material is being changed to Inconel-690 alloy. Based on the current trend, we have chosen Inconel 690 as the Advanced Power Reactor 1400 (APR1400) steam generator(SG) tube material and performed the design optimization of preventive measure against tube fretting wear for the APR1400 steam generator. In this paper, we examined the technical consideration in this modification : the selection of material, wear characteristics, effect of the Egg-crate Flow Distribution Plate installation, and effect analysis of vertical strip installation.
Recently the low alloy steel plate made with manganese-molybdenum is used widely in steam drum and separator of the new coal-fired power plant boiler. This material is suitable for the vapor storage of high pressure and high temperature. The high temperature creep strength of Mn-Mo alloy is higher than the carbon plate(SA516) that used in the subcritical pressure boiler. It reduces the thickness of the pressure vessel and makes the lightweight possible. Recently in the power plant boiler operation and production process, the damage has happened frequently in the heat affected zone and base material according to the hydrogen crack and delayed crack. This paper describes the research result about the damage case experienced in the boiler steam drum production process and present the optimum manufacture method for the similar damage prevention of recurrence.
Kim, Bu-Ahn;Kang, Suk-Jun;Choi, Young-Min;Moon, Chang-Kown
Journal of Power System Engineering
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v.21
no.3
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pp.30-36
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2017
Carbon fiber shows excellent heat generation value and thermal efficiency comparing with the metallic materials because of its far infrared-rays and radiant heat. So, high performance and economic steam boiler system for the industry can be manufactured by using the carbon fiber heater. The far infrared ray radiation rate was more than 90 % of carbon fiber. Steam boiler system with carbon fiber heater in this study is made up of heating section. In the proof test of steam boiler, the aimed temperature and dwelling time were at $500^{\circ}C$ for 8,000 hours, $600^{\circ}C$-3,000 hours, and $700^{\circ}C$-1,000 hours. The temperature rise rate of steam boiler with carbon fiber heater was about 40% faster than that of the conventional boiler.
Performance analysis is conducted on an axial-type turbine which is used for fire extinction by injecting water or steam into the turbine. Loss models developed by Hacker and Okapuu are applied for predicting the performance of turbine. Pressure loss generated through a turbine is converted to the thermal efficiency, and thermal and gas properties are calculated within a turbine passage. Total-to-total efficiency, total-to-static efficiency, static temperature at the exit of turbine, output power, flow coefficient, blade loading coefficient, and expansion ratio are predicted with changing the amount of injected steam and the rotational speed. The 74 kW class gas turbine developed at KIMM is chosen for performance analysis. The 74 kW class turbine consists of 1 stage like a current developing gas turbine for fire extinction. Water or steam is injected at the end of combustor, and results show that efficiency and output power are dependent on the temperature of injected water or steam and the static temperature at the exit is decreased.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.7
no.3
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pp.40-47
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2011
KSNPs(Korea Standard Nuclear Power Plant) have been applied the break exclusion criteria to the high energy lines passing through containment penetration area to ensure that piping failures would not cause the loss of containment isolation function, and to reduce the resulting dynamic effects. Systems with the criteria are the Main Steam system, Feed Water system, Steam Generator Blowdown system, and Chemical & Volume Control system. In accordance with FSAR(Final Safety Analysis Report), a 100% volumetric examination by augmented in-service inspection of all pipe welds appled the break exclusion criteria is required for the break exclusion application piping. However, it is difficult to fully satisfy the requirements of inspection because 12", 8" and 6" weldolet weldments of Main Steam pipe line have complex structural shapes. To resolve the difficulty on the application of conventional UT(Ultrasonic Testing) technique, realistic mock-ups and UT calibration blocks were made. Simulations of conventional UT were performed utilizing CIVA, a commercial NDE(Nondestructive Examination) simulation software. Phased array UT experiments were performed through mock-up including artificial notch type flaws. A phased array UT technique is finally developed to improve the reliability of ultrasonic test at main steam line pipe to 12", 8" and 6" branch connection weld.
In this paper, the evaluation method of fluidelastic instability (FEI) of newly designed steam generator tubing in pressurized water reactor (PWR) nuclear power plants is discussed. To obtain the parameters for prediction of the critical velocity of FEI for steam generator tubes, experimental research is carried out, and the design parameters are determined. Using CFD numerical simulation, the tube array scale of the model experiment is determined, and the experimental device is designed. In this paper, 7 groups of experiments with void fractions of 0% (water), 10%, 20%, 50%, 75%, 85% and 95% were carried out. The critical damping ration, fundamental frequency and critical velocity of FEI of tubes in flowing water were measured. Through calculation, the total mass and instability constant of the immersed tube are obtained. The critical damping ration measured in the experiment mainly included two-phase damping and viscous damping, which changed with the change in void fraction from 1.56% to 4.34%. This value can be used in the steam generator design described in this paper and is conservative. By introducing the multiplier of frequency and square root of total mass per unit length, it is found that the difference between the experimental results and the calculated results is less than 1%, which proves the rationality and feasibility of the calculation method of frequency and total mass per unit length in engineering design. Through calculation, the instability constant is greater than 4 when the void fraction is less than 75%, less than 4 when the void fraction exceeds 75% and only 3.04 when the void fraction is 95%.
The vibration of steam turbine is caused by Mass unbalance, Shaft misalignment, Oil whip and rubbing etc. But in turbine which is normally operated and maintained, the Mass unbalance component possesses the greatest portion. Our power plant has two steam turbines in capacity of 200 MW and 135 MW respectively and each turbine is supported by 6 journal bearings. However, we had many difficulties because the vibration amplitude of #3 and #4 Bearings was high during the start-up and operation mode change of steam turbine. But, with this study, we completely solved the vibration problem caused by the mass unbalance of #1 steam turbine. Until a recent date, #3 and #4 bearings which support high pressure turbine for #1 steam turbine had shown about $135{\mu}m$ in vibration amplitude (sometimes it increased to $221{\mu}m$ maximum. alarm: 6 mils, trip: 9 mils) at base load. After applying the study, they decreased to about $45{\mu}m$ maximum. It is a result from that we did not change the setting value of bearing alignment and only changed the assembly position of internal parts in Synchro clutch coupling rachet wheel which links between high pressure turbine and low pressure turbine, and increased the internal gap and machining of the Pawl cage surface. In the operation of steam turbine, if the vibration value increases by 1X, we should reduce the vibration of bearing by weight balancing. However, unless the vibration of bearing is declined by the balancing, we will have to disassemble and check the component and find the cause. In this study, we researched the way to lower mass unbalance that is 1X vibration component which has the greatest portion of vibration generated by steam turbine and we got good result by applying the findings of this study.
This paper proposes the passive redundancy algorithm of multi-controller structure applicable to the steam generator level control system in the low power operating range. In the passive redundancy scheme of multi-controller structure, two suitable controllers exist if the plant is strongly stabilizable. One of the two controllers can be selected arbitrarily only if it is stable. In particular, this paper shows that the passive redundancy scheme can be efficiently used with PID and GPC control algorithms through simulation studies on the control of the steam generator.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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