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.

- 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.

- 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.

미분탄 연소방식은 버너에 미분탄을 공급하는 방법에 따라 직접식과 저장식으로 분류된다.

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 분사되어 연소를 돕는다.

직접 연소 방식의 장점은

- 설비가 간단하고 저렴하며 취급이 쉽다.

- 미분탄 저장에 의한 화재의 우려가 없다.

- 예열공기에 의한 미분탄기 내에서 건조되므로 미분탄 건조기를 생략할 수 있다.

최근의 발전용 보일러에서는 직접식을 많이 채용하고 있다.

미분탄기로 분쇄된 미분탄을 사이클론 분리기로 미분과 조분을 분리하고 여분을 일단 저장조에 저장한 후 급탄기로 필요한 양만큼 버너로 분배하는 방식으로 직접식에 비해 구조, 설비가 복잡해진다.

저장식에는 미분탄 장치를 한 곳에 집중해서 각 보일러의 저장조에 미분탄을 공급하는 중앙 저장식과 보일러마다 미분탄 장치와 저장조를 설치하는 단위 저장식이 있다.

저장식의 특징은 다음과 같다.

- 보일러 운전과 관계없이 미분탄기는 항시 최대의 효율로 운전할 수 있다.

- 미분탄기가 고장이 나더라도 저장조의 미분탄을 사용하여 보일러 운전을 할 수 있다.

- 미분탄 연소율이 분쇄기의 용량에 따라 직접 제한을 받지 않기 때문에 부하 변동에 대한 속응성이 좋다.