본문내용
1. 한국전력공사 면접
1.1. 발전플랜트 공정의 특징 및 계통
1.1.1. 제 1장 화력 발전 개 요
화력발전은 복합화력, 열병합 발전 등을 모두 포함하는 포괄적인 범위로, 흔히 화석연료의 연소에 의하여 생산된 증기, 가스 등을 이용하여 발전을 하는 방식이다. 기존 전력사업에서 화력발전은 가스, 중유, 석탄 등의 화석연료를 연소시켜 보일러에서 증기를 생산하여 발전하는 방식으로, 증기의 조건이 고온·고압화에 따라 40%(HHV, 고위발열량 기준)를 넘은 열효율이 실현되고 있다. 그러나 주요 기기에 사용되고 있는 재료의 강도 제약이 있다.
화력 발전의 장점은 발전소 건설 비용이 상대적으로 낮고 지형적인 요소에 제약받지 않고 건설할 수 있다는 것이다. 단점은 화석에너지를 사용함에 따라 엄청난 공해가 발생하고, 화석에너지가 점차 고갈되어 가면서 연료 공급의 불안정과 가격 상승으로 인한 전기 생산단가 상승이 있다. 최근에는 이러한 화력발전의 낮은 열효율을 보완하기 위해 복합 화력, 열병합 발전 등의 발전 방식을 도입하고 있다.
기존 화력발전 방식은 연료를 연소시켜 발생한 열로 물을 가열하여 고온·고압의 증기를 발생시키고, 이 증기를 증기터빈에 보내 동력을 얻어 발전기를 구동하여 전기를 생산한다. 터빈을 통과한 증기는 복수기에서 응축되고, 다시 가열기에서 가열되어 보일러로 보내진다. 발전기의 전압은 변전소에서 송전선을 통해 먼 곳의 수용지역으로 보내진다. 한편 보일러에서 나가는 연도 및 굴뚝을 통해 공해를 유발할 수 있는 물질들이 배출된다.
화력발전소를 건설하기에 적합한 장소는 부하의 중심과 가까운 곳, 연료 운반이 편리한 곳, 풍부한 냉각수와 보일러 용수를 얻을 수 있는 곳, 발전소 건설비용이 저렴한 곳, 공해 발생이 문제가 되지 않는 곳, 송전선 건설 및 손실이 작은 곳, 전력수요가 많은 대도시나 해안 지역 등이다.
1.1.2. 제 2장 복합 화력 발전 개 요
복합화력 발전은 기존의 화력발전방식의 낮은 열효율을 향상시키기 위하여 가스터빈과 증기 사이클을 조합하는 방식이다. 복합 사이클 발전의 열효율 향상은 가스터빈의 고온화에 힘입은 바가 크다. 1100℃급 가스터빈을 사용한 경우 약 44%, 현재 주류로 되어있는 1300℃급 가스터빈을 사용한 경우 50%에 가까운 성능이 얻어진다. 향후 1500℃급 가스터빈에서는 증기냉각을 채용하는 것으로 냉각효율을 높임과 동시에 증기 사이클의 고효율화를 기하고 있다.
가스터빈발전의 브라이튼 사이클과 증기터빈발전의 랭킨 사이클 두 개의 사이클을 조합함으로써 가스터빈의 최고 이용온도역이 높다는 이점과 증기 터빈의 최저 이용온도역이 낮다는 이점을 활용한 것이다. 즉 이 두 개의 사이클을 조합함으로써 기력발전의 고온화에 대한 제약은 경감되고 가스터빈의 배기 가스에 의한 에너지 손실도 경감된다.
가스터빈 사이클은 대기에서 공기를 압축기에서 단열압축하고, 연소기에서 연료를 연소하여 압축된 공기를 등압가열하며, 이 고온고압의 가스를 가스터빈에서 단열팽창하여 가스터빈을 구동하고 발전기를 구동하는 방식이다. 한편 증기터빈 사이클은 가스터빈의 배기 가스를 배열회수보일러에서 열에너지로 이용하여 증기를 발생시키고, 이 증기로 증기터빈을 구동하여 발전기를 구동하는 방식이다. 두 개의 사이클을 조합함으로써 고온열원과 저온열원을 모두 잘 활용할 수 있어 종합적인 효율이 높아진다.
복합화력 발전의 특징은 높은 열효율, 부분부하 운전시 작은 열효율 저하, 짧은 기동·정지시간, 적은 공해 발생, 사용 연료에 따른 성능 변화 등이 있다. 주요 설비로는 가스터빈과 배열회수보일러(HRSG)가 있다. 가스터빈은 대기에서 공기를 흡입하여 압축하고 연소기에서 연료와 함께 연소시켜 고온고압의 연소가스를 발생시켜 이를 터빈에 보내어 발전기를 구동하는 역할을 한다. 배열회수보일러(HRSG)는 가스터빈에서 배출된 고온의 배기가스를 이용하여 증기를 생산하는 설비이다.
1.1.3. 제 3장 열병합 발전 개 요
열병합 발전의 정의는 하나의 에너지원으로부터 열과 전력을 동시에 발생시켜 용도별로 적절히 공급하여 에너지 이용 효율의 극대화를 추구하는 시스템이다. 일반적인 화력 및 복합 화력 발전은 투입된 에너지 중 많은 양이 복수기에서 손실되나, 열병합 발전의 경우 복수기에서 손실되는 열량의 대부분을 공정용 및 난방용으로 사용함으로써 에너지 이용 효율이 일반 화력 발전에 비하여 매우 높다.
열병합 발전은 가스터빈 발전의 Brayton Cycle과 스팀터빈 발전의 Rankyn Cycle 두 개의 Cycle을 조합함으로써 가스터빈의 최고 이용온도역이 높다는 이점과 증기 터빈의 최저 이용온도역이 낮다는 이점을 활용한 것이다. 즉 이 두 개의 Cycle을 조합함으로써 기력발전의 고온화에 대한 제약은 경감되고 가스터빈의 배기 Gas에 의한 Energy Loss도 경감된다.
열병합 발전의 주요 특징은 높은 열효율, 부분부하 운전시 작은 열효율 저하, 짧은 기동·정지시간, 적은 공해 발생 등이다. 이와 같은 특성으로 인해 열병합 발전은 기존 화력 및 복합 화력 발전에 비해 에너지 효율이 높고 환경적으로도 유리하다.
열병합 발전 방식에는 증기 터빈 방식과 가스터빈 + 증기터빈 방식이 있다. 증기 터빈 방식은 보일러에서 생산된 고온 고압의 증기로 터빈을 돌린 후 배기(Exhaust Steam) 또는 추기(Extraction Steam)를 이용하여 열 에너지로 공급하는 방식이다. 가스터빈 + 증기터빈 방식은 가스터빈에서 발생한 고온의 배기가스로 배열회수 보일러(HRSG)에서 증기를 발생시켜 증기터빈을 구동하는 방식이다.
열병합 발전소의 주요 설비로는 가스 터빈 계통, 배열회수보일러 및 부속설비, 증기 터빈 및 부속설비, 주 증기 계통, 지역난방 가열 계통, 지역난방 순환수 계통, 열전용 보일러 계통 등이 있다. 이러한 다양한 설비들이 유기적으로 결합되어 열과 전력을 동시에 생산할 수 있게 한다.
열병합 발전소는 운전 모드에 따라 열부하 추종 운전(Mode I), 가스터빈 단독운전(Mode II), 전기부하 추종 운전(Mode III), 최대 열부하 추종 운전(Mode IV), 혼합 운전(Mode V) 등으로 구분된다. 각 운전 모드는 열과 전력의 생산 비율을 최적화하여 에너지 효율을 높이는 것을 목적으로 한다.
1.2. 화력발전 장단점
화력발전은 발전소 건설 비용이 상대적으로 낮으며 지형적인 요소에 구애받지 않고 건설할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 전기를 생산하기 위해 화석에너지를 사용함으로써 엄청난 공해(매연)가 발생하며, 화석에너지가 점차 고갈되어 가고 있어 연료 공급의 불안정과 가격 상승으로 인한 전기 생산 단가 상승이라는 단점이 있다. 최근에는 화력발전의 낮은 열효율을 보완하기 위해 복합 화력, 열병합 발전 등의 발전 방식을 도입하고 있다.
1.3. 화력발전 방식
기존 전력사업에서 화력발전은 가스, 중유, 석탄 등의 화석연료를 연소시켜 보일러에서 증기를 생산하여 발전하는 방식이다. 증기의 조건이 고온·고압화에 인하여 40%(HHV, 고위발열량 기준)를 넘는 열효율이 실현되고 있으나, 주요 기기에 사용되고 있는 재료의 강도 제약이 있다.
화력발전의 장점은 발전소 건설 비용이 상대적으로 낮고 지형적인 요소에 제약받지 않고 건설할 수 있다는 것이다. 그러나 단점으로는 화석에너지 사용에 따른 엄청난 공해 발생, 화석에너지 고갈에 따른 연료 공급 불안정 및 전기 생산단가 상승 등이 있다.
최근에는 이러한 화력발전의 낮은 열효율을 보완하기 위하여 복합 화력, 열병합 발전 등의 발전 방식이 도입되고 있다. 기존 화력발전 방식은 연료를 연소시켜 발생한 열로 물을 가열하여 고온·고압 증기를 발생시키고, 이 증기를 증기터빈에 보내 발전기를 구동하여 전기를 생산하는 방식이다. 터빈에서 배출된 증기는 복수기에서 복수되어 다시 보일러로 보내진다.
이 과정에서 연도와 굴뚝을 통해 공기 속으로 배출되는 연소가스에는 공해를 일으키는 먼지 등이 포함되므로, 집진기를 설치하여 먼지 등을 제거한다. 화력발전소는 부하의 중심과 가까운 곳, 연료 운반이 편리하고 재처리가 쉬우며 양질의 보일러 용수를 얻을 수 있는 곳, 송전선 건설비와 송전 손실이 작은 곳에 건설된다.
1.4. 보일러 특성
1.4.1. 보일러 효율
보일러 효율은 보일러의 출열에 대한 입열의 비율로 계산된다. 보일러 효율(μ)은 식 μ = (출열 / 입열) X 100으로 계산할 수 있다. 이때 출열은 보일러에서 생산된 증기의 엔탈피와 급수의 엔탈피 차이를 곱한 값이며, 입열은 연료 소비량과 연료 발열량을 곱한 값이다. 즉, 보일러 효율은 투입된 연료 대비 증기 생산량의 비율을 나타내는 지표로, 이를 통해 보일러의 성능을 평가할 수 있다. 높은 보일러 효율은 보일러의 에너지 이용 효율이 높다는 것을 의미하므로, 보일러 설계 및 운전 시 효율 향상을 고려하는 것이 중요하다.
1.4.2. 보일러 종류
보일러의 종류는 크게 순환 보일러(Circulation Boiler)와 관류형 보일러(Once Through Boiler)로 분류된다. 순환 보일러는 자연순환 보일러(Natural Circulation Boiler)와 강제순환 보일러(Controlled Circulation Boiler)로 나뉜다.
자연순환 보일러는 별도의 설비 없이 자연스럽게 보일러수가 순환되는 방식으로, 구조가 간단하고 운전이 용이하다. 하지만 증기압력이 높아지면 순환력이 저하되며, 보일러의 보유수량이 많아 기동과 정지 시간이 길어지는 단점이 있다.
강제순환 보일러는 보일러수 순환펌프를 이용하여 강제로 순환시키는 방식이다. 순환력이 좋아 증기 생산량이 많으며, 튜브 직경이 작아 열전달율이 높다는 장점이 있다. 반면 순환펌프 운전에 따른 소내 전력 소비가 증가하고 펌프 고장 시 보일러 정지 문제가 발생할 수 있다.
관류형 보일러는 급수가 보일러를 한번 지나 증기가 되는 방식으로, 드럼이 없이 긴 관으로 구성되어 있다. 고압용에 적합하고 기동 시간이 짧은 장점이 있지만 수질 관리가 어렵고 증기압력 변동에 취약한 단점이 있다. 관류형 보일러에는 벤슨(Benson) 보일러와 슐처(Sulzer) 보일러가 대표적이다.
벤슨 보일러는 과열기 출구에 기동용 플래시 탱크를 갖추고 있어 기동 시 보일러 튜브 내부의 불순물을 제거할 수 있다. 슐처 보일러는 증발관 출구에 기수분리기를 설치하여 기동 및 저부하 운전...