화력 발전소 - Condenser Vacuum System

증기 터빈이 적용되는 발전소에서는 Condenser Vacuum System(복수기 진공 시스템)은 증기 터빈의 최적 성능을 보장하는 중요한 역할을 합니다. 복수기 내 진공을 유지함으로써, 발전소의 효율성을 높여 증기로부터 최대 에너지를 추출할 수 있게 합니다. 이글에서는 복수기 진공 시스템의 필요성, 종류, 및 작동 모드에 대해 설명하여 전력 발전소에서 그 중요성을 이해하는 데 도움을 주고자 합니다.

복수기 진공의 필요성

1. 터빈 효율의 향상

 

복수기는 터빈 끝단에 설치됩니다. 이 부분에 진공이 필요한 이유는 터빈 출구 압력을 낮추기 위함입니다. 압력을 낮추면 증기가 터빈 내에서 더 많이 팽창하여 최대 에너지를 추출할 수 있고, 전력 출력을 증가시킬 수 있습니다. 터빈 출구의 낮은 압력은 증기가 터빈을 떠나기 전에 더 많은 일을 할 수 있게 해줍니다.

 

2. 초기 진공 생성

 

물과 수증기는 1:1600의 부피 비율을 갖기 때문에, 수증기가 물로 응축되면 그 부피가 1/1600로 줄어듭니다. 이러한 엄청난 부피 축소는 콘덴서 내부에 진공을 만들게 되는데, 이 부분적인 진공은 더 많은 기체를 외부에서 끌어들여 냉각되도록 합니다. 따라서 안정적이고 지속적으로 증기가 콘덴서로 유입될 수 있도록 초기에 진공을 만들어 주는 것입니다.

복수기 진공 시스템의 종류

1. Steam-Jet Air Ejector

• 기능 : 고속의 스팀 스트림을 사용하여 콘덴서 내부의 공기나 다른 가스를 제거하여 진공을 생성합니다.
• 작동 원리 : 스팀이 높은 속도로 이동하는 동안 주변의 공기나 기타 기체를 흡입하여 콘덴서 내부의 압력을 낮춥니다.
• 장점 : 저렴하고 간단한 설치가 가능하며, 운전 및 유지보수가 비교적 간편합니다.
• 단점 : 스팀을 사용하기 때문에 보일러에서 추가적인 에너지가 필요하며, 스팀 소비량이 많을 경우 보일러의 부담이 늘어날 수 있습니다.

2. Liquid Ring Vacuum Pump

• 기능 : 회전하는 링 내부에 액체를 이용하여 진공을 생성하는 장치입니다.
• 작동 원리 : 액체 링이 회전하는 동안 콘덴서 내부의 공기나 기체를 흡입하여 진공을 형성합니다.
• 장점:   Steam-Jet Air Ejector보다 소음이 적고 진공을 유지하는 데에도 더 안정적입니다. 또한, 스팀을 사용하지 않기 때문에 보일러의 추가 에너지 소비가 없습니다.
• 단점 : 유지 보수가 복잡할 수 있고 초기 투자비용이 높을 수 있습니다.

3. 하이브리드 시스템 (Hybrid System)

• 기능 : Steam-Jet Air Ejector 와 Liquid Ring Vacuum Pump를 결합하여 에너지 비용을 절감하고 초기 투자비를 줄이는 효과를 기대할 수 있습니다.
• 작동 원리 : 일반적으로 Steam-Jet Air Ejector를 사용하여 초기 진공을 생성하고, Liquid Ring Vacuum Pump를 사용하여 진공을 유지하는 방식이 사용됩니다.
• 장점 : 에너지 소비를 줄이고 초기 투자와 운영 비용의 균형을 맞출 수 있습니다.

작동 모드: 호깅(Hogging) 모드 vs. 홀딩(Holding) 모드

"Hogging Mode"와 "Holding Mode"는 콘덴서 운전 상태를 나타내는 용어입니다. 이 두 가지 모드는 콘덴서 내부의 공기와 기타 응축되지 않는 기체를 제거하기 위한 작업을 가리키며, 호깅 모드는 콘덴서가 시작될 때 빠르게 공기를 제거하여 초기 압력을 설정하는 것이고, 홀딩 모드는 증기 터빈 운전 중에 계속해서 공기를 제거하여 콘덴서의 성능을 유지하는 것입니다.

 

1. 호깅 모드 (Hogging Mode)

• 목적 : 초기 진공을 생성하기 위해 공기를 빠르게 제거합니다.
• 작동 : 시스템이 시작될 때 빠르게 공기를 제거하여 압력을 낮추고, 증기 터빈이 가동되기 전에 콘덴서를 적절한 압력으로 초기화합니다.
• 목표 : 증기 터빈 시작 전에 필요한 조건을 만들어주어 터빈이 최적의 상태로 작동할 수 있도록 합니다.

2. 홀딩 모드 (Holding Mode)

• 목적 : 터빈이 작동 중일 때 지속적으로 공기를 제거하여 콘덴서의 성능을 유지합니다.
• 작동 : 터빈이 가동되면 콘덴서에서 계속해서 공기가 생성될 수 있으며, 이를 제거하여 콘덴서의 성능을 최적화합니다.
• 목표 : 적절한 진공 수준을 유지하여 증기 터빈의 효율적인 운전과 전력 생산량을 유지합니다.

결론

Condenser Vacuum System은 진공을 유지함으로써 증기로부터 최대의 에너지를 추출하여 터빈의 효율을 높이고 전력 출력을 증가시킬 수 있습니다. 다양한 진공 시스템과 작동 모드를 이해하는 것은 발전소의 운영과 유지 보수에 있어 중요한 요소입니다. Steam-Jet Air Ejector , Liquid Ring Vacuum Pump , Hybrid System 등의 다양한 시스템을 통해 효율적이고 환경 친화적인 전력 생산을 지원할 수 있습니다. 이러한 시스템을 통해 현대 발전소의 효율성과 지속 가능성을 보장할 수 있습니다.