열병합 발전소 정의
열병합 발전소는 주로 석탄을 연료로 사용하여 열에너지를 발생시켜 증기를 생성하고 이를 터빈을 돌리는 데 이용하는 시설입니다.
열병합 발전소 이론
열병합 발전소의 원리는 간단합니다. 이러한 발전소는 증기 터빈을 대체기에 연결하여 전기를 생산합니다. 증기는 고압 보일러에서 생성됩니다.
인도에서는 일반적으로 비트루민스 석탄, 갈색 석탄, 펠틴이 보일러 연료로 사용됩니다. 비트루민스 석탄은 8%에서 33% 사이의 불순물과 5%에서 16% 사이의 재를 포함합니다. 열 효율을 높이기 위해 석탄은 분말 형태로 보일러에 사용됩니다.
석탄 열병합 발전소에서는 연료(분쇄된 석탄)가 보일러 가마에서 타면서 고압으로 증기가 생성됩니다. 이 증기는 슈퍼히터에서 더 가열됩니다.
이 과열된 증기는 터빈으로 들어가 터빈 날개를 회전시킵니다. 터빈은 대체기와 기계적으로 연결되어 있어 터빈 날개가 회전할 때 대체기의 로터도 함께 회전합니다.
증기가 터빈에 들어갈 때 그 압력이 급격히 떨어지면서 증기의 부피가 늘어납니다.터빈 로터에 에너지를 전달한 후 증기는 터빈 날개를 통해 응축기에 들어갑니다.응축기에서는 펌프의 도움으로 냉각수가 순환하여 저압 습기 있는 증기를 응축시킵니다.
이 응축된 물은 저압 물 가열기로 공급되어 저압 증기로 인해 온도가 상승합니다. 다시 고압으로 가열됩니다.더 잘 이해하기 위해 열병합 발전소의 작동 단계를 살펴보겠습니다:
먼저, 분쇄된 석탄이 증기 보일러의 가마에서 타집니다.
보일러에서 고압 증기가 생성됩니다.
이 증기는 슈퍼히터를 통과하면서 더 가열됩니다.
이 과열된 증기는 고속으로 터빈에 들어갑니다.
터빈에서는 이 증기의 힘이 터빈 날개를 회전시키며, 여기서 고압 증기의 저장된 잠재 에너지가 기계 에너지로 변환됩니다.
발전소 선도
터빈 날개가 회전한 후, 증기는 고압을 잃고 터빈 날개를 빠져나와 응축기에 들어갑니다.응축기에서는 펌프의 도움으로 냉각수가 순환하여 저압 습기 있는 증기를 응축시킵니다.
이 응축된 물은 저압 물 가열기로 공급되어 저압 증기로 인해 온도가 상승한 후, 다시 고압 가열기에서 고압 증기로 가열됩니다.열병합 발전소에서 터빈은 대체기의 기본 동력원 역할을 합니다.
열병합 발전소 개요
표준적인 열병합 발전소는 아래에 표시된 사이클로 작동합니다.
작업 유체는 물과 증기입니다. 이를 피드 워터 및 증기 사이클이라고 합니다. 열병합 발전소의 운영이 가장 가깝게 닮은 이상적인 열역학적 사이클은 랭킨 사이클입니다.
증기 보일러에서는 연료가 가마에서 공기와 함께 타면서 물이 가열되며, 보일러의 역할은 필요한 온도로 건조된 과열 증기를 제공하는 것입니다. 이렇게 생성된 증기는 증기 터빈을 구동하는 데 사용됩니다.
이 터빈은 싱크로너스 제네레이터(일반적으로 3상 싱크로너스 대체기)와 연결되어 전기를 생산합니다.
터빈에서 배출된 증기는 터빈의 증기 응축기에서 물로 응축되며, 이는 매우 낮은 압력에서 흡입을 생성하고 증기의 확장을 매우 낮은 압력까지 가능하게 합니다.
응축 작업의 주요 장점은 kg당 증기에서 추출되는 에너지 양이 증가하여 효율성을 높이고, 응축수는 보일러에 다시 공급되어 신선한 피드 워터의 양을 줄이는 것입니다.
응축수와 일부 신선한 피드 워터는 펌프(보일러 피드 펌프라고 함)를 통해 다시 보일러로 공급됩니다.
응축기에서는 냉각수로 증기가 응축됩니다. 냉각수는 냉각탑을 통해 재사용됩니다. 이를 냉각수 회로라고 합니다.
대기 중 공기는 먼지 필터링 후 보일러에 들어갑니다. 또한, 보일러에서 나오는 연기가 스택을 통해 대기로 배출됩니다. 이를 공기 및 연기 회로라고 합니다.
공기의 흐름과 증기 보일러 내부의 정적 압력(드래프트라고 함)은 강제 드래프트(FD) 팬과 유도 드래프트(ID) 팬이라는 두 개의 팬으로 유지됩니다.표준적인 열병합 발전소의 전체 구성과 다양한 회로는 아래에 도시되어 있습니다.
보일러 내부에는 다양한 열교환기, 즉 이코노마이저, 증발기(위의 그림에는 표시되지 않았지만, 기본적으로 수관, 즉 다운컴머 라이저 회로), 슈퍼히터(때로는 재가열기, 공기 예열기도 존재함)가 있습니다.
이코노마이저에서는 피드 워터가 연기의 잔여 열로 상당한 양만큼 가열됩니다.보일러 드럼은 수관을 통해 자연 순환을 위한 두 상 혼합물(증기 + 물)의 헤드를 유지합니다.또한, 연기의 열을 받아 증기의 온도를 필요에 따라 높이는 슈퍼히터도 있습니다.
열병합 발전소 또는 발전소의 효율성
증기 발전소의 전체 효율성은 전기 출력의 열량과 석탄 연소의 열량의 비율로 정의됩니다. 열병합 발전소 또는 발전소의 전체 효율성은 20%에서 26% 사이이며, 발전소 용량에 따라 달라집니다.
열병합 발전소의 장점
열병합 발전소의 장점은 다음과 같습니다:
초기 비용이 다른 발전소보다 저렴합니다.
수력 발전소보다 필요한 토지 면적이 적습니다.
주 연료인 석탄의 비용이 휘발유/디젤보다 훨씬 저렴하므로 발전 비용이 경제적입니다.
유지 관리가 쉽습니다.
대규모 물과 교통이 가능한 모든 위치에 열병합 발전소를 설치할 수 있습니다.
열병합 발전소의 단점
열병합 발전소의 단점은 다음과 같습니다:
연료, 유지 관리 등의 이유로 열병합 발전소의 운영 비용이 비교적 높습니다.
대량의 연기로 인해 대기 오염이 일어나며, 열병합 발전소는 지구 온난화의 원인이 됩니다.
열병합 발전소에서 나오는 가열된 물은 수생 생물에 해롭고 생태계를 방해합니다.
열병합 발전소의 전체 효율성이 30% 미만으로 낮습니다.
