화력발전

열역학

1. 열량 계산
   열량 $Q=0.24Pt=cm\theta [\textsf{cal}][\textsf{BTU}]$
   (출력 $P=I^{2}R[\textsf{W}]$, 시간 $t[\textsf{sec}]$, 질량 $m[\textsf{g}]$, 온도변화 $\theta$)
2. 물과 증기 가열
   1. 액체열(현열): 물체의 온도를 상승시키기 위한 열
   2. 증발열(잠열): 증발(기화)시키는 데 필요한 열, $539\textsf{kcal}$
   3. 습증기: 수분이 있는 증기
   4. 건조포화증기: 수분이 없는 완전한 증기
   5. 과열증기: 건조포화증기를 계속 가열하여 온도와 체적만 증가시킨 증기
3. 엔탈피와 엔트로피
   1. 엔탈피: 증기 $1\textsf{kg}$이 보유한 열량$[\textsf{kcal/kg}]$ (액체열과 증발열의 합)
   2. 엔트로피$\left(S=\dfrac{dQ}{T}\right)$: 절대 온도에 대한 열량 변화

화력발전의 열사이클

1. 랭킨 사이클: 가장 기본적인 사이클
2. 재생 사이클: 터빈의 중도에서 증기를 뽑아내거(추기) 급수를 예열하는 사이클(복수기의 소형화, 저압터빈의 소형화)
3. 재열 사이클: 터빈에서 팽창된 증기가 포화상태에 가까워졌을 떄 이 증기를 보일러로 되돌려보내 가열하는 방식(터빈 날개의 부식 방지, 열효율 향상)
4. 재생재열 사이클: 가장 열효율이 좋은 사이클, 대용량 발전소에 채용
5. 카르노 사이클: 가장 이상적인 사이클

보일러의 부속설비

1. 과열기: 포화증기를 과열증기로 만들어 증기터빈에 공급하기 위한 설비
2. 재열기: 고압 터빈 내에서 팽창된 증기를 다시 재가열하는 설비
3. 절탄기: 배기가스의 여열을 이용하여 보일러 급수를 예열하는 여열회수장치(연료 절약)
4. 공기예열기: 연도가스의 나머지 여열을 이용하여 연소용 공기를 예열하는 장치, 연료 소모량 감소, 연도의 맨끝에 시설

터빈(배기 사용 방법에 의한 분류)

1. 복수터빈: 일반적, 열을 복수기에서 회수(열손실이 큼)
2. 추기터빈: 터빈의 배기 일부는 복수, 나머지는 추기하여 다른 목적으로 이용되는 것으로 추기 복수형, 추기 배압형이 있음
3. 배압터빈: 터빈의 배기 전부를 다른 곳으로 보내 사용하는 것(복수기가 필요 없음)

복수기

터빈에서 나오는 배기를 물로 전환시키는 설비, 열손실이 가장 크다.

1. 혼합 복수기(분사 복수기): 냉각 수관을 설치하여 터빈의 배기증기와 직접 접촉시켜 냉각
2. 표면 복수기: 금속별의 열전도를 이용

급수장치

1. 급수펌프: 보일러에 급수를 보내주는 펌프
2. 보일러 급수의 불순물에 의한 장해
   1. $\textsf{Ca}, \textsf{Mg}$ 함유: 스케일 현상, 캐리오버 현상 발생
      • 스케일 현상
        • 칼슘, 마그네슘 등이 관벽에 녹아 부착되어 층을 이루는 현상
        • 열효율 저하
        • 보일러 용량 감소
        • 절연면의 열전도 저하
        • 수관 내의 급수 순환 방해
        • 과열에 의한 관벽 파손
      • 캐리오버 현상: 보일러 급수 중의 불순물이 증기 속에 혼입되어 터빈날개 등에 부착되는 현상
   2. 슬러지: 석출물이 생기지 않고 내부에 퇴적된 것
   3. 가성 취하(알칼리 취하)
      • 산성인 용수에 너무 많은 알칼리를 투입하여 생기는 현상
      • 보일러 수관 벽 부식
      • 균열 발생
3. 급수 처리
   원수 응집침전조 여과기 연와조 증발기 순수

화력발전소의 효율

$\eta_{G}=\dfrac{860W}{mH}\times 100$
($H$: 발열량$[\textsf{kcal/kg}]$, $m$: 연료량$[\textsf{kg}]$, $W$: 전력량$[\textsf{kWh}]$)