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발전공학

기력발전소의 구성

기력발전소의 구성

과열기를 거쳐나온 배기가스의 여열을 이용하는 기기를 3가지 쓰고 설명하시오.

화력발전소에 관한 다음 사항을 간단히 답하시오.
1) 보일러의 연소가스를 이용하여 보일러의 효율을 증대시키는 장치 2가지
2) 증기터빈의 배기를 다른 목적으로 사용하기 위하여 복수기를 사용하지 않는터빈은?

화력발전소에 관한 사항 중 다음사항을 간단히 설명하시오.
1) 절탄기 2) 배압터빈 3) 유연탄 화력발전소에서 유연탄을 부두에서 하역한 뒤 연료를 보일러에 보내기까지 필요한 주요기기 3가지

스팀터빈에서 과열증기를 사용하는 이유를 4가지 쓰시오.

화력발전소의 전기집진기에 대하여 설명하시오.

기력발전

연료를 연소하여 얻어지는 열에너지를 보일러에서 물에 전하여, 고온·고압의 증기로 바꾼다. 이 증기는 증기터빈으로 유도되어, 그 내부에서 팽창하면서 터빈의 날개차에 회전력을 주어, 열에너지는 기계에너지로, 기계에너지는 발전기를 통해서 전기에너지로 변환된다.

기력발전의 구성

기력발전의 구성

보일러(Boiler)

연료의 연소열을 이용하여 물을 가열하므로써 터빈에 필요한 증기를 생산하는 장치로 본체에 과열기, 재열기, 절탄기가 포함되어 있다.

보일러(Boiler)

과열기(Super Heater)

(1) 보일러 본체에서 발생되는 증기는 수분을 약간 포함한 습증기가 있다. 이 수분을 증발시키고, 온도를 더 높혀서 과열증기를 만드는 장치이다.

(2) 효과

① 열효율 향상 → 압력과 온도가 높을수록 효율향상, 현재 650℃까지 과열
② 고온이 됨에 따라 원동기에서의 열낙차가 증가해서 증기소비량 감소로 원동기 크기 감소에 기여
③ 증기터빈내에서 마찰손실을 저감시켜 열효율 향상에 기여함
④ 수분을 제거하여 부식을 경감시킨다.

재열기(Reheater)

(1) 고압터빈에서 어느정도 팽창한 증기를 보일러에 되돌려서 재가열하여 건조도를 높혀주는 장치
(2) 효과는 습도의 증가에 따른 터빈 날개의 부식을 경감 및 마찰손실을 저감한다.
(3) 과열기와 구조와 성능은 거의 비슷하나 과열기에 비해서 압력이 낮다.

증기터빈(Steam Turbine)

보일러에서 공급되는 고온·고압의 증기의 열에너지를 운동에너지로 변환시켜 발전기를 구동시킨다. 열에너지의 일부는 터빈 싸이클상의 여러 곳에서 추기 되어 급수의 가열(재생 사이클)에 사용되며, 나머지 폐열은 복수기를 통하여 순환수 계통으로 방출한다.

복수기(Condensor)

고압의 증기가 터빈을 회전시키고 난 증기를 응축시키는 장치이다.

급수가열기

급수가열기는 재생사이클에서 채용하는 것으로 증기터빈의 추기증기를 열원으로 급수를 가열하는 것(최고온도 280℃ 정도), 급수펌프에 의해서 고압의 급수를 가열하는 장치를 고압 급수가열기라고 한다. 급수가열기는 대형 터빈의 경우에 실용적으로 7~9단을 채용한다.

탈기기(Deaerator)

복수기에서 완전히 제거되지 못하고 급수 중에 산소, 탄소가스 등의 비응축성 가스가 존재할 경우, 이것이 보일러와 배간 등의 부속장치에 전기적, 화학적 부식을 일으키는 원인이 되므로 이를 제거해 주지 않으면 안된다. 이를 위해서 급수의 탈기를 맡아하는 장치이다. 탈기기는 급수 중에 용존산소량이 약 0.005[CC/L]이 되도록 하고 있다.

급수펌프(Boiler Feed Water Pump)

탈기기에서 탈기된 급수를 가압하여 고압급수가열기와 절탄기를 거쳐 보일러에 급수를 공급하는 펌프로서 보일러가 운전 중에는 언제나 급수를 공급하여야한다

여열회수 장치

화력발전의 종합효율은 보일러 효율 0.9, 터빈 효율 0.43 발전기 효율 0.98로 종합효율이 40%를 넘지 않는다.

여열회수장치는 연도로 빠져나가는 고온의 배기가스를 열교환기를 통해 그 폐열(미분탄 연소의 경우 150~250℃)을 이용하여 보일러의 열효율을 향상시키는 장치이다.

여열회수 장치

(1) 절탄기(Economizer)

과열기를 통과한 배기가스의 폐열을 이용하여 보일러에 공급되는 급수를 예열하여 보일러의 열효율을 향상시키는 장치이다. 배기가스 20℃강하로 열효율 1%가 상승되며, 급수와 드럼의 온도차가 줄어들어 드럼의 열응력도 저감되는 효과가 있다.

(2) 공기 예열기(Air Pre-heater)

절탄기를 통과해 나온 연소가스의 열로 연소용 공기를 예열하여 효율 향상시키는 장치이다. 연소용 공기의 온도를 22℃ 상승시키면 보일러의 열효율이 1% 상승하는 효과가 있다.

○ 공기예열기 사용시 이점

① 연료의 연소효율을 높일 수 있다.
② 고온배기의 배출에 따른 열손실을 적게 하고 보일러 효율을 높인다.
③ 연소속도가 증대되어 연소실 열발생률이 커지므로 연소실 체적의 저감이 가능
④ 작은 공기비(공기 과잉률)로서 완전연소시킬수 있다.

※ 공기 과잉률 (μ)

\[\mu=\frac{A}{A_0} \gt 1\]\[A:소요공기량,A_0:이론공기량\]

→ 실제로 연료와 산소와의 완전한 혼합을 기대하기 어렵기 때문에 완전연소를 위해서는 이론적으로 계산된 공기량 보다 더 많은 공기가 필요하다. 미분탄 연소방식의 경우 공기 과잉률은 1.2~1.4가 적당하다. 공기 과잉률이 너무 크면 완전연소는 되지만 연도로 빠져나가는 열량이 많아지기 때문에 완전연소에 필요한 공기 이외는 공급되지 않도록 감시장치로 제어한다.

드럼(Drum)

증발관에서 유입되는 기수 혼합물을 분리(포화수, 포화증기)

전기 집진기(EP: Electrostatic Precipitator)

(1) 배기가스 중의 입자 및 분진이 굴뚝으로 방출될 경우 대기오염의 원인으로 작용하기 때문에 이를 포집하는 설비가 필요하다.

(2) 직류 고전압(DC 30~60[kV])을 인가하여 배기 가스중의 분진을 정전 분리하여 포집하는 방식으로 집진효율(99% 이상)이 높고, 다량의 배기가스 처리가 가능하며, 압력손실도 거의 없으며, 미세 입자(0.01㎛)의 포집도 가능, 운전비용이 저렴하여 대부분 이 방식을 채용한다.

코트렐식 집장장치
발전공학
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