기력발전에서 급수 설비와 급수처리 방법

 보일러 급수 중에 함유된 불순물은 보일러의 수명과 고장발생에 중대한 영향을 미친다. 그러므로 급수는 보일러에 보내지기 전에 물리적, 또는 화학적 전처리를 해야 하고, 보일러 내에서도 적절한 수질을 유지하기 위해 화화적 처리를 해주어야 한다. 일반적으로 불순물에 의한 장해는 보일러의 사용압력, 온도가 높을수록 심해지므로 특히 급수처리에 신중을 기하여야 한다. 보일러 급수처리는 보일러의 순환계통에 들어가기 전에 하는 1차 처리와 순환계통 내에서 처리하는 2차 처리로 구분된다. 먼저 급수 설비를 알아본다. 1. 급수 설비 1) 급수 펌프 보일러 운전 중에는 증발량에 해당하는 급수를 계속 공급해서 드럼의 수위를 일정하게 유지하여야 한다. 그러므로 급수펌프는 고압, 고온에 견디는 구조여야 하며 운전 신뢰도를 높이기 위해 예비기를 설치하여 사용기가 고장나면 자동으로 절환되는 운전방식을 취하고 있다. 종래는 구동용으로 유도전동기를 사용하였으나 최근에는 보일러의 고압고온, 대용량화에 따라 증기터빈으로 직접 구동하는 방법을 채택하고 있다. 2) 탈기기 급수 중에 산소, 탄산가스 등의 비응축성 가스가 존재하면 보일러 배관 등 부속장치에 부식을 일으키는 원인이 되므로 이를 제거하기 위한 설비를 탈기기라 한다. 기계적 방법인 탈기 외에 화학적 방법을 병용한다. 3) 증발기 발전소 정상 운전 중의 보급수를 위해 증발기를 사용한다. 발전기의 단기 용량이 커지면 터빈으로부터 추기된 저압증기를 사용하는 증발기가 열의 대부분이 급수에 다시 회수되므로 경제적으로 되어 유리하다. 2. 급수 1차 처리(외부처리) 보일러 용수로서 순수한 물을 만들기 위해 원수 중의 불순물을 제거하는 것으로 여러 과정의 처리가 필요하다. 1) 응집침전조 원수에 명반, 점토 등을 넣고, 황산 알루미늄과 같은 응집제를 사용해서 흡착, 침강시킨다. 2) 여과기 침전되지 않은 불순물을 여과한다. 3) 연화조 석회와 소다회를 넣어 칼슘(Ca)이나 마그네슘(Mg)의 염류를 제거하여 연화한다. 4) 증류기 증류하여 순수한 물

기력발전에서 보일러 급수 불량 요인

 보일러 급수는 지하수, 하천수 또는 상수도를 원수로 사용하고 있으나 이 원수에는 여러 가지 불순물을 함유하고 있어 그대로 급수로 사용하게 되면 보일러 계통에 장해를 일으키게 된다. 원수에는 탄산염, 황산염, 실리카, 중탄산염 등과 공기, 아황산 가스, 탄산가스 등의 용존 가스 및 유기물, 유지 등이 포함되어 있다. 불순물의 양을 나타내는 단위에는 원수 1kg당 불순물의 양을 mg/kg 또는 mg/l로 표시한다. 1. 스케일과 슬러지의 발생 1) 스케일(Scale) 보일러용수에 함유된 칼슘(Ca)이나 마그네슘(Mg)의 중탄산염류, 유지류, 기타 부식 생성물 등이 농축되거나 가열되어 용해도가 적은 것부터 침전 내지 석출되어 보일러 내의 관벽 등에 생성된 물질을 스케일이라 한다. 스케일에 의한 장해는 다음과 같다. - 열효율의 저하 - 전열면의 열전도 저해 - 수관 내 급수의 순환 방해 - 과열에 의한 관벽 파열 2) 슬러지(Sludge) 석출물이 생성되지 않고 내부에 퇴적한 것을 슬러지라 한다. 2. 관벽의 부식 산소, 탄산가스 등의 용존가스와 수소이온 농도가 적당하지 않을 경우에는 관벽을 부식시킨다. 3. 증기로의 불순물 혼입 보일러 용수 중의 불순물은 자연히 증기 중에도 혼입되어 과열기나 터빈날개에 부착되어 효율을 저하시키거나 고장을 유발시키기도 한다. 증발관이나 드럼 내에서 물과 증기가 분리될 때 불순물을 가진 채 증기에 유입되기 때문이다. 이와 같이 물 속에 있던 고온고압 하에서 불순물이 증기에 용해되어 증기와 함께 관벽 밖으로 운반되는 현상을 캐리오버(Carryover)라 한다. 4. 가성취화 보일러 용수가 산성으로 되면 산화작용으로 보일러를 부식시키므로 보일러 용수는 알카리성으로 유지해주어야 한다. 그러나 알카리성이 너무 과도해도 각종 접합부에 농축된 가성소다가 침투해서 수관벽에 부식을 일으키거나 균열을 일으킬 우려가 많다. 이것을 가성취화라 한다. 이것은 급수처리 시 나트륨(Na)이 주원인이 되므로 과처리 되지 않도록 해야 한다.

기력발전소의 통풍방식

 연료의 연소에 필요한 공기를 화로에 공급하고 연소에 의해 발생한 연소가스를 굴뚝을 통해 배출하는 작용을 통풍이라 하며 충분한 통풍력을 가져야 한다. 통풍력은 노의 입구와 연도종단의 압력차를 말하며 수은주 높이로 표시한다. 지금부터 통풍 방식의 유형을 살펴보겠다. 1. 자연통풍방식 적당한 높이의 굴뚝만을 이용해서 연소가스와 외부 공기와의 온도차에 의해 생기는 밀도차로 통풍력을 얻는 가장 간단한 통풍방식이다. 그러나 통풍력에는 한계가 있어 대용량 보일러에서는 송풍기를 사용하는 강제통풍방식을 쓰고 있다. 2. 강제통풍방식 강제통풍은 압입송풍기로 공기를 불어넣거나 유인송풍기로 연소가스를 빨아내는 방식이나 유인송풍방식은 근래에 와서 거의 사용하지 않는다. 1) 평형통풍방식 평형통풍방식은 압입송풍기를 화로의 공기 주입구에 두어 공기기를 가압하고, 유인송풍기를 연도의 끝에 설치하여 연소가스를 흡입해 빨아내는 방식이다. 풍량의 조정은 압입송풍기의 출구와 유인송풍기의 입구에 설치한 댐퍼로 제어하거나 송풍기용 전동기의 속도제어 등으로 조절한다. 이 방식은 화로내의 압력을 거의 대기압과 같게 하거나 약간 낮게 유지하여 운전하는 것으로 동력비는 많이 드나 통풍력이 크기 때문에 대형 보일러에 많이 사용되고 있다. 2) 압입통풍방식 압입통풍은 유인송풍기를 생략하고 압입송풍기만으로 화로내의 압력을 대기압 이상으로 유지하는 방식으로 다음과 같은 장점을 가지고 있다. - 유인송풍기가 없으므로 소내동력이 작아진다. - 보일러 부하 또는 연료량에 따라 공급되는 공기량의 비례제어가 가능하므로 공기제어가 비교적 간단하다. - 공기과잉률이 낮은 운전에 적합하다. 중유전소 보일러에서는 찬 공기의 주입을 막고 공기과잉율을 작게 해서 중유 불순물에 의한 부식을 적게 한다는 목적으로 압입송풍기만을 사용하는 가압연소방식을 채택하고 있다. 굴뚝은 단순히 필요한 통풍력뿐이 아니고 연소가스에 포함되는 회분이나 아황산가스 등의 유해물질을 될 수 있는 한 멀리, 넓은 범위로 분산시키는 역할도 하고 있다.

기력발전에서 석탄 연소방식의 이해

 석탄 연소장치에는 괴탄을 그대로 화격자 위에서 연소시키는 스토커 연소방식과 분말로 만들어 버너로 연소시키는 미분탄 연소방식이 있는데 현재 발전용 보일러는 미분탄 연소방식을 주로 사용한다. 이 게시글에서는 미분탄 연소방식에 대해 자세히 알아보겠다. 1. 미분탄 연소방식의 장단점 미분탄 연소방식은 괴탄을 미분탄기를 이용하여 아주 작은 분말로 분쇄하여 버너로부터 연소실에 불어놓고 화로 내에서 부유상태로 연소시키는 방식이다. 미분도는 세도가 높을수록 연소효율이 높아지지만 분쇄에 필요한 동력 및 유비지가 증가한다. 그러므로 미분도는 경제성 등 종합적으로 검토하여 결정한다. 1) 장점 - 연료와 공기의 접촉면이 커 연소성이 좋으므로 적은 양의 과잉공기로도 완전연소가 가능하고 회에 함유된 미연소물도 적다. - 신속한 점화 및 소화는 물론 급격한 부하변동에도 속응력이 높다. - 저질탄이나 무연탄도 쉽게 연소시킬 수 있다. - 고온의 연소공기를 사용할 수 있기 때문에 연소효율이 높고 복사, 흡수열량도 크다. - 가스 또는 액체 연료와의 혼소가 가능하다. - 자동연소제어가 쉽다. 2) 단점 - 미분탄기, 배탄기 등의 소비동력이 크다. - 회전부가 많으므로 보수 유지비가 많이 소요된다. - 연소실이 커야 하며 고온이기 때문에 노벽에 냉각장치가 필요하다. - 연도로 나가는 배기에 미진이 포함되므로 집진기가 필요하다. - 소음과 진동이 발생한다. 2. 연료 공급 방식에 따른 분류 미분탄 연소방식은 버너에 미분탄을 공급하는 방법에 따라 직접식과 저장식으로 분류된다. 1) 직접식 직접식은 미분탄기에서 분쇄된 미분탄을 직접 버너에 보내는 방식이다. 석탄은 저탄장으로부터 예비분쇄, 분리기, 건조기, 석탄조, 석탄 계량기를 거쳐 미분탄기로 들어와 미분으로 분쇄된다. 미분탄은 배탄기와 분배관을 통해 버너로 들어가 분사되어 부유 상태로 연소된다. 한편 공기예열기에서 예열된 1차 공기는 미분탄기로 보내져 석탄의 건조와 버너로 분사되는 압축공기의 역할을 하고 2차 공기는 버너를 통해 미분탄과 함께

기력발전용 연료의 종류

 발전에 사용되는 연료는 석탄과 같은 고체연료, 중유, 석유, 나프타와 같은 액체연료, 액화천연가스(LNG), 액화석유가스(LPG) 등이 있다. 이 중 많이 사용되는 연료는 석탄과 중유 및 액화천연가스로 이 게시글에서는 이들 연료의 특성을 알아보도록 하겠다. 1. 발전용 연료의 선택조건 - 발열량이 높을 것 - 수송과 취급이 쉬울 것 - 유황분의 함유량이 적을 것 - 회, 매연 등의 폐기물이 적고 취급이 쉬울 것 - 가격이 저렴할 것 - 비축, 보관이 쉬울 것 등을 고려하여 연료를 선택하여야 한다. 2. 석탄 석탄은 탄화의 정도에 따라 무연탄, 역청탄, 갈탄, 니탄 등으로 나누어지는데 일반적으로 많이 사용되는 것은 취급이 용이하고 보일러의 건설비가 싸게 드는 역청탄을 미분탄으로 만들어 사용한다. 우리나라는 무연탄을 일부 사용하고 나머지는 해외로부터 수입을 하고 있다. 1) 갈탄 수분이 많고(15~17%) 탄화도는 약간 진행 중이고 발열량은 낮다. 2) 역청탄 수분이 적고 탄화도는 상당히 진행되어 있으며 발열량은 높다. 3) 무연탄 탄화도가 가장 많이 진행되어 있고 발열량이 가장 높다. 휘발분이 적어 연소가 어렵다. 석탄의 주 성분은 탄소와 수소이고 산소와 유황이 약간 섞여 있으며 고정 탄소분과 휘발분 및 기타 성분의 비율에 따라 품질이 나누어진다. 일반적으로는 고정 탄소가 많고 회분이 적은 것이 발열량이 높고 품질도 좋은 편이다. 또한 회의 용융온도가 낮은 것은 화로벽에 부착하여 클링커로 되기 때문에 연소장치의 운전에 지장을 주며, 미분탄 연소장치에서는 연소가스 중에 떠다니면서 수관에 부착하여 수열에 지장을 준다. 석탄의 발열량을 나타내는 데에는 고위 발열량과 저위 발열량이 있다. 고위발열량은 연료 중에 처음부터 포함되어 있는 수분과 연소에 의해서 생긴 수분의 증발열을 포함시킨 발열량을 말하며, 저위 발열량은 수분의 증발열을 뺀 열량을 말한다. 그러므로 보일러에서 이용할 수 있는 것은 저위 발열량이다. 2. 중유 원유를 가열, 정제, 가공해 나가면 휘발유, 등

급수 순환방법에 의한 보일러의 분류

 화력발전이란 화석연료가 가지고 있는 열 에너지를 이용하여 전기에너지로 변환하는 발전 방식을 말한다. 크게 기력발전, 내연력발전, 기타화력발전으로 분류한다. 일반적으로 기력발전이라 함은 연료를 연소시켜 발생한 열에너지로 물을 끓여서 고온고압의 증기로 바꾸고 이 증기가 갖고 있는 에너지로 증기터빈 발전기를 돌려 전기를 발생하고 있는 발전의 총징이다. 이 게시글에서는 화력발전에서 물이 데워지는 보일러에 대해 알아보자. 1. 자연 순환식 보일러 급수펌프로 압입된 급수는 급수가열기, 절탄기에서 예열되어 드럼으로 보내진다. 드럼으로부터 수관을 통해 증발관으로 들어간 급수는 여기서 가열되어 기수 혼합물로 되어 드럼으로 되돌려진다. 자연순환식은 이때의 순환력을 급수와 기수 혼합물의 밀도차로서 얻는 방식이다. 그러므로 사용압력이 높아지면 포화수와 포화증기와의 밀도차가 작아지므로 필요한 순환력을 얻기 어렵다. 따라서 대략 150~170(kg/c㎡) 이하의 보일러에 사용된다. 2. 강제 순환식 보일러 고압 보일러에서는 포화수와 포화증기와의 밀도차가 줄어들어 필요한 순환력을 얻기 어려우므로 보일러 수관 도중에 관수순환펌프를 설치해서 강제적으로 순환시키는 방식이다. 이 방식은 자연 순환식보다 물의 순환이 확실하고 유량의 분포도 균일하게 제어할 수 있으며 급격한 기동, 정지도 가능해진다. 대략 170(kg/c㎡), 150~373(MW)급 보일러에 많이 사용되고 있다. 우리나라에서는 대표적으로 삼천포화력, 서천화력이 이에 해당된다. 3. 관류식 보일러 증기압력이 임계압 이상으로 되면 물과 증기가 혼합된 비등현상은 없어지고 포화수로부터 바로 증기로 된다. 관류식 보일러는 급수펌프로부터 압입된 급수가 급수가열기, 절탄기를 거쳐 증발관, 과열기를 통과하는 사이에 열을 흡수해서 직접 과열증기를 만드는 방식이다. 대표적으로 울산1화력이 있다. 1) 장점 - 드럼이 없고 수관이 가늘어져 중량이 가볍다 - 보일러 보유수량이 적기 때문에 기동, 정지 시간이 짧으므로 급시동이 가능하다. - 열용량이

다양한 목적에 따른 댐의 분류

 댐이 사용목적에 따라 소수력 발전소에서 취수를 목적으로 한 댐을 취수댐이라 하며 중규모 이상의 발전소에서 저수를 목적으로 한 댐을 저수댐이라 한다. 또한 댐의 역학적인 구조에 따라 중력댐, 아치댐, 중공댐으로 나누어진다. 이 게시글에서는 다양한 댐의 종류를 알아보자. 1. 고정 댐 1) 흙댐 중력댐의 일종으로 모래, 자갈, 점토 등을 적당히 혼합해서 축조한 댐으로 수규모의 저수용에 이용된다. 현지에서 재료가 조달될 수 있어 경제적이나 홍수시 댐 상부를 월류하면 저항성이 없어 붕괴된다. 2) 콘크리트 중력댐 중력댐의 대표적인 형식으로 시멘트, 모래, 자갈을 혼합, 가공한 콘크리트를 소재로 한 댐으로 콘크리트 타설을 위한 부대 건설비가 많이 소요된다. 현지에서의 재료조달이 가능한 록필댐과의 경제성을 비교하는 경우가 많으나, 콘크리트댐은 홍수시 댐상부를 월류하더라도 붕괴의 우려가 적어 매우 안정도가 높다. 댐체에 작용하는 수압을 콘크리트 댐체 자중으로 지지하므로 외력의 작용점이 댐체 저면 중앙부 1/3내에 위치하도록 설계하여야 한다. 수압철관이 댐을 관통할 수 있어 댐식 발전소가 가능하나 낙차를 더 얻기 위해 댐수로식 발전소로 하는 경우도 있다. 충주댐, 팔당댐, 청평댐이 댐식 발전소이며 합천댐은 댐수로식 발전소이다. 3) 중심 코아형 록필댐 주로 암석을 축조한 댐으로 지형, 지질, 재료 및 기초상태에 커다란 제약없이 축조할 수 있다. 현지에서 석산을 개발하여 재료를 조달할 경우 매우 경제적이된다. 흙댐에 비하여 댐을 높게 할 수 있고 댐의 체적을 늘림으로써 안정도를 높일 수 있지만 홍수시 댐상부를 월류하면 흙댐과 같이 저항성이 없어 붕괴의 우려가 높다. 수압철관이 댐체를 관통하는 경우 누수에 의해 안정도에 영향을 받으므로 댐수로식 발전소로 설계한다. 콘크리트 중력댐에 비해 경제성이 높아 국내의 대부분의 댐에 적용하고 있으며 대표적으로 소양강댐, 주암댐 등이 있다. 또한 중심코아 대신 콘크리트로 표면을 차수하는 표면차수벽형 록필댐이 있으며, 대청댐과 같이 지형적