화력발전소란? 화력발전의 원리와 주요계통

세상에는 다양한 형태의 발전소가 있습니다. 이번 포스팅에서는 가장 오랜 역사를 가지고 현재에도 전 세계 곳곳에서 사용되는 화력발전소의 간략한 원리와 주요 계통에 대해 알아보겠습니다. 

화력발전 개요

화력발전소는 연료의 화학에너지를 전기에너지로 변화시키는 에너지 변환장치입니다. 주기기인 보일러는 연료의 화학에너지를 열 에너지로, 터빈은 열 에너지를 운동에너지로, 발전기는 터빈과 직결되어 코일 속에 있는 자석을 회전시켜 전기 에너지를 생산합니다.

 

화력발전소의 기본적 설비구성은 다음과 같습니다.

가. 보일러 : 연료의 화학 에너지를 열 에너지로 변환시키는 장치

나. 터   빈 : 열 에너지를 운동 에너지로 변환시키는 장치

다. 발전기 : 운동 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치

라. 보조설비

 (1) 급수/냉각수 설비

 (2) 연료공급 설비/환경 설비

 (3) 변전/송전 장치

 

발전방식의 종류

가. 사용연료별

 (1) 석탄발전소 : 유연탄, 무연탄

 (2) 유류발전소 : 중유

 (3) 가스발전소 : LNG, 세일가스, 석탄가스

 (4) 혼소발전소 : 국내탄 + 중유

 

나. 원동기별

 (1) 기력발전소 : 증기터빈

 (2) 복합발전소 : 가스 터빈, 증기 터빈

 (3) 내연발전소 : 디젤기관

 

다. 계통 운용별

 (1) 첨두부하 담당 발전소 : LNG 복합화력, 수력, 양수

 (2) 중간부하 담당 발전소 : 유류화력

 (3) 기저부하 담당 발전소 : 대용량 석탄 화력, 원자력

 

화력발전 주요계통

유연탄 화력발전소 슐처형 관류보일러의 계통도를 생각해 보겠습니다. 보일러를 기동 할 때에는 보일러 등유를 사용하고, 정상 운전 중에는 유연탄을 사용합니다.

 

가. 보일러에 필요한 물은 저압터빈을 돌리고 나온 수증기를 복수기에서 응축시켜 복수기 하부 수조(Hot Well)에 모인 물을 복수펌프로 가압하여 저압급수가열기를 거쳐 탈기기로 보내며 탈기기에서 물속에 녹아있는 산소가 제거된 후 급수펌프로 가압하여 급수가열기와 절탄기를 거쳐 보일러에 공급됩니다.

 

나. 연료인 유연탄은 동남아, 호주, 캐나다 등 외국에서 수입하여 저탄장에 야적해 두었다가 상탄기에 의해 저탄조 저장 후 석탄 이송기에 의해서 석탄분쇄기에 들어가서 분쇄되며, 분쇄된 석탄은 일차통풍기의 공기에 의해 보일러에 공급됩니다.

 

다. 연소에 필요한 공기는 압입송풍기(FD Fan)로 가압하여 공기예열기(Air Heater)에서 배기가스의 잔열에 의해 예열되어 보일러에 공급됩니다. 보일러에서 나오는 연소 가스는 과열기, 재열기, 절탄기, 공기계열기에서 열을 전달하고, 탈질설비 전기집진기, 탈황설비에서 공해물질을 완전히 제거된 후 유인송품기에 의해 굴뚝으로 배출됩니다.

 

라. 보일러에 공급된 물은 보일러 벽을 형성하고 있는 수관을 지나면서 연료의 연소 열에 의해 가열되어 물의 전부가 증발되면서 1차 과열기와 2차 가열기를 통하면서 과열증기로 변환 후 고압 터빈으로 들어갑니다.

 

마. 주증기는 고압터빈을 돌리고 난 후 재열기에서 다시 가열되어, 중압터빈 및 저압터빈을 돌린 후 복수기에서 해수에 의해 냉각되어 보일러 용수로 재 사용됩니다.

 

바. 복수기에 들어온 증기를 냉각시키기 위해 순환수펌프가 냉각수를 복수기로 공급하고 냉각수는 복수기를 거친 방수로를 통해 바다로 흘러 나갑니다.

 

사. 전기는 터빈축에 연결되어 회전하는 발전기에서 22kV 또는 27kV 등으로 생산되어 주변압기에서 154kV, 345kV 또는 765kV로 전압을 높여 송전선을 통해 송전됩니다.