화력 발전소 - Water & Steam Cycle 개요

발전소의 Water and Steam Cycle(물과 스팀의 순환)은 전력 생산을 위한 핵심 공정입니다. 이 순환 과정은 응축수 시스템(Condensate System), 급수 시스템(Feed Water System), 그리고 증기 시스템(Steam System)의 순으로 순환하면서 효율적인 열 에너지 전환과 전력 생산을 위해 중요한 역할을 수행 합니다. 이 글에서는 각 시스템의 구성 요소와 기능, 그리고 물과 증기가 순환하는 과정을 간략하게 설명하도록 하겠습니다.

응축수 시스템 (Condensate System)

1. 응축기 (Condenser)

• 증기 터빈을 통과한 고온 고압의 증기는 응축기에서 냉각수를 통해 냉각되어 물로 변환됩니다. 응축기는 열교환기로 작동하여 열을 제거하고, 저온 저압의 물을 생성합니다.

2. 응축수 펌프 (Condensate Pump)

• 응축기에서 생성된 물은 응축수 펌프를 통해 급수 히터(Feedwater Heater)로 이동합니다. 이 펌프는 물의 압력을 높여 시스템 내에서 순환할 수 있도록 합니다.

3. 급수 히터 (Feedwater Heater)

• 응축수는 급수 히터를 통과하면서 터빈의 추출 증기로부터 열을 흡수하여 예열됩니다. 이 과정은 보일러로 들어가는 물의 온도를 높여 열 효율을 향상시켜주는 역할을 합니다.

급수 시스템 (Feed Water System)

1. 탈기기 (Deaerator)

• 예열된 물은 탈기기로 이동하여 부식을 발생시키는 용존 가스를 제거합니다.  

2. 급수 펌프 (Feedwater Pump)

• 탈기기에서 처리된 물은 급수 펌프를 통해 고압으로 보일러로 공급됩니다. 이 펌프는 물의 압력을 보일러 압력 이상으로 높여주는 역할을 합니다. 발전소 내에서 압력이 가장 높은 펌프라고 할 수 있습니다. 

3. 절탄기 (Economizer)

• 고압의 물은 보일러의 절탄기(Economizer)로 들어가 연소 가스로부터 열을 흡수하여 예열됩니다. 이 과정은 보일러의 열 효율을 높여 줍니다.

증기 시스템 (Steam System)

1. 보일러 (Boiler)

• 예열된 물은 보일러로 들어가 고온의 연소 가스를 통해 증기로 변환됩니다. 보일러는 물을 증기로 바꾸는 핵심 장치입니다.

2. 증기 드럼 (Steam Drum)

• 증기 드럼은 증기와 물을 분리하고, 안정적인 증기 공급을 유지합니다.

3. 과열기 (Superheater)

• 증기 드럼에서 나온 증기는 과열기를 통과하면서 추가 열을 흡수하여 과열 증기로 변환됩니다. 과열 증기는 고온 고압의 증기로 터빈에 공급됩니다.

4. 재열기 (Reheater)

• 터빈을 한번 통과한 증기는 재열기로 이동하여 다시 가열됩니다. 재열된 증기는 터빈의 다른 단계에서 추가적인 전력 생산을 위해 사용됩니다.

5. 터빈 (Turbine)

• 고온 고압의 증기는 터빈을 통과하며 회전 운동을 생성합니다. 이 회전 운동은 발전기를 구동하여 전력을 생산합니다.

6. 복수기 (Condenser)

• 터빈을 통과한 증기는 복수기에서 냉각되어 물로 변환됩니다. 이 물은 다시 응축수 시스템으로 돌아가 순환을 시작합니다.

[Overview_Water & Steam Cycle]

물과 증기 순환의 단계별 과정

1. 응축 및 예열

• 터빈에서 나온 증기는 복수기에서 냉각되어 물로 변환됩니다. 응축수 펌프는 이 물을 급수 히터로 보내 예열합니다.

2. 탈기 및 고압 공급

• 예열된 물은 탈기기에서 용존 가스를 제거하고, 급수 펌프를 통해 고압으로 보일러로 공급됩니다. 물은 보일러의 절탄기를 통과하면서 추가로 예열됩니다.

3. 증기 생성 및 공급

• 예열된 물은 보일러에서 증기로 변환됩니다. 증기 드럼은 증기와 물을 분리하고, 생성된 증기는 과열기를 통해 고온 고압의 증기로 변환됩니다.

4. 터빈 및 재열

• 과열된 증기는 터빈을 통과하며 전력을 생산합니다. 터빈을 통과한 증기는 재열기를 통해 다시 가열되어 터빈의 다른 단계에서 추가적인 전력 생산에 사용됩니다.

5. 복수 및 재순환

• 터빈을 통과한 증기는 다시 복수기에서 냉각되어 물로 변환됩니다. 이 물은 다시 응축수 시스템으로 돌아가 순환을 시작합니다.

Water & Steam Cycle 열역학 이론 : 랭킨 사이클 (Rankine Cycle)

랭킨 사이클(Rankine Cycle)이라는 명칭은 이를 개발한 19세기 중반 스코틀랜드 공학자 윌리엄 랭킨의 이름을 딴 것으로, 2개의 단열변화와 2개의 등압변화로 구성되는 사이클로 작동유체가 증기와 액체의 상변화를 수반하는 것입니다. 

 

1. 압축과정 (Compression) : 급수펌프 (Feedwater Pump)

2. 가열과정 (Heating) : 보일러 (Boiler)

3. 팽창과정 (Expasion) : 스팀터빈 (Steam Turbine)

4. 응축과정 (Condensing) : 콘덴서 (Condenser)

발전소의 물과 증기 순환(Water and Steam Cycle)은 전력 생산을 위한 핵심 공정입니다. 각 단계에서 물과 증기는 여러 장치를 통과하며 에너지를 흡수하고 전달하여 전력을 생산합니다. 효율적인 순환과 열 전달을 통해 발전소는 최대한의 에너지를 생성하고, 안정적인 전력 공급을 유지할 수 있습니다. 각 구성 요소의 역할과 기능을 이해함으로써 발전소 운영의 효율성을 극대화할 수 있습니다.