2. 전력 공학 > 10. 화력 발전
2. 전력 공학 > 10. 화력 발전 > 1. 열역학 이론
1. 열역학 제1법칙
1) 에너지 보존 법칙을 설명하는 열역학 법칙이다.
2) 에너지의 형태인 열 화학 전자 원자핵 에너지 등을 포함해서 물체가 운동할 때 시스템이 일을 할 때 에너지의 형태는 마뀌지만 에너지의 양은 불변이다.
3) 전력량과 열량의 관계
1 kWh = 1000 * 60 * 60 [W.sec] = 360000 * 0.24 = 860 kcal
2. 열역학 제 2법칙
1) 열역학을 이용하면서 나온 경헙 법칙으로 열의 이동을 설명하는 법칙이다.
2) 자연 상태에서 열은 고온의 물체로 부터 저온의 물체로의 이동이 가능하지만 반대로 저온에서 고온으로의 열이동은 불가능하다는 것이다.
2. 전력 공학 > 10. 화력 발전 > 2. 화력 발전소의 열 사이클 종류
1. 기력 발전소의 열 사이클
1) 화력 발전은 연료의 소비로 발생되는 증기를 발전기의 기계적 에너지로 변환하여 발전하는 것이다.
2) 기력 발전소의 열 사이클 경로
-보일러에서 물 -> 습증기
-과열기에서 습증기 -> 과열 증기
-터빈에서 과열 증기 -> 습증기
-복수기에서 습증기 -> 급수
-복수기에서 나온 물은 급수 펌프를 거쳐 보일러로 다시 보내진다.
2. 카르노 사이클
1) 카르노 사이클의 정의
-열역학 사이클 중 최고 효율을 나타내는 이상적인 가역 사이클이다.
-고온 열원과 저온 열원의 온도차에 의해 발생되는 열 이동에 의해 열을 일로 바꾸는 이상적인 사이클이다.
2) 카로노 사이클의 T-S 선도
1~2: 등온 팽창
2~3: 단열 팽창
3~4: 등온 압축
4~1: 단열 압축
3. 랭킨 사이클
1) 랭킨 사이클의 정의
-증기를 작업 유체로 하여 카르노 사이클의 등온 과정을 등압 과정으로 바꾼 가장 기본적인 사이클이다.
-카르노 사이클을 증기 원동기에 적합하도록 개량한 것이다.
-화력 발전소 열 사이클 중에서 열효율이 최저이다.
2) 장치 선도와 T-S 선도
1~2: 과열기 (등압 과열)
2~3: 증기 터빈 (단열 팽창)
3~4: 복수기 (등온 압축)
4~5: 급수 펌프 (단열 압축)
5~6: 보일러 (등압 가열)
6~1: 보일러 (등압 팽창)
4. 재생 사이클
1) 재생 사이클의 정의
- 재생 사이클은 증기 터빈의 팽창 중인 증기를 일부 추가하여 그 열로 보일러에 공급되는 급수를 가열하여 열효율을 높인 사이클이다.
-기본 사이클인 랭킨 사이클은 복수기에서 버려지는 열량이 크다.
2) 장치 선도와 T-S 선도
보일러 - 과열기 - 발전기 -복수기 -급수펌프 - 보일러
발전기 - 추기 증기 - 보일러
5. 재열 사이클
1) 재열 사이클의 정의
- 어느 압력까지 팽창한 증기를 보일러로 되돌려 보내 재열기로 재과열 시킨 후 다시 터빈에 보내어 팽창시키는 것이다.
-재열 증기는 온도가 높기 때문에 재열 사이클을 채용하면 사이클이 열효율을 향상시킬 수 있다.
2) 장치선도와 T-S 선도
보일러 - 과열기 - 발전기 -복수기 -급수펌프 - 보일러
발전기 - 재열기-발전기
6. 재열 재생 사이클
1) 재열 사이클과 재생 사이클 모두를 채용한 사이클이다.
2) 화력 발전소에서 실현할 수 있는 가장 효율이 좋은 사이클이다.
2. 전력 공학 > 10. 화력 발전 > 3. 화력 발전소의 열효율 계산
1. 화력 발전소의 열효율 계산식
η = 860 * W / B * H * 100 [%]
W: 발전 전력량 [kWh]
B: 연료량 [kg]
H: 연료 발열량 [kcal / kg]
2. 화력 발전소의 열효율 향상 대책
1) 복수기의 진공도를 높인다.
2) 고압, 고온의 증기를 사용한다.
3) 재열 재생 사이클을 채용한다.
4) 연소 가스의 열손실 감소 장치 설치
-절탄기: 배기가스의 여열을 이용하여 보일러 급수를 예열
-공기 예열기: 배기가스의 여열로 연소용 공기를 예열
-급수 가열기: 터빈의 도중에서 증기를 일부 빼내어 보일러의 급수를 가열
2. 전력 공학 > 10. 화력 발전 > 4. 화력 발전소용 보일러의 원리
1. 자연 순환식 보일러: 보일러수가 가열되면 부분적으로 비중차가 생기고 그 비중차에 의해 순환력을 일으키는 것을 이용한 보일러이다.
2. 강제 순환식 보일러: 고압 보일러에서는 포화수와 포화 증기의 밀도차가 적어 자연 순환력으로는 부족하므로 순환 계통에 펌프를 설치하여 강제적으로 충분한 손환력을 얻는 보일러이다.
3. 관류식 보일러
1) 증기가 임계 압력 이상이 되면 물은 증발 과정 없이 증기로 직접 변환하다.
2) 보일러 드럽이 필요 없다.
3) 급수가 보일러 수관을 통과하는 사이에 열을 흡수해서 직접 과열 증기를 발생시킨다.
물 -> 급수펌프 -> 급수가열기 -> 절탄기 -> 증발관 -> 과열기 -> 터빈
2. 전력 공학 > 10. 화력 발전 > 5. 전기식 집진기
1. 집진기의 역할: 화력 발전소에서는 석탄을 연료로 사용하기 때문에 배출 가스에서 환경 저해 물질이 방출되는데 이러한 분진을 포집하기 위해서 집진기를 설치한다.
2. 전기식 집진기 (코렐트 집진기): 코로나 방전을 이용하여 분진을 포집한다. 직류 30kV 이상 공급하여 코로나 방전
2. 전력 공학 > 10. 화력 발전 > 6. 조속기 (Governor)
1. 조속기의 역할: 발전소에서 터빈과 발전기의 속도를 자동으로 조절하는 장치이다.
2. 기계식 조속기의 구성
수차 > 평속기 > 원심추 > 복원기구 > 배압밸브 > 서버모터