화력 발전소

Thermal power station
중국 난퉁에 있는 석탄 화력발전소 난퉁 발전소
바이에른 그라펜라인펠트 원자력 발전소
영국세계 최대 바이오매스 발전소인 드랙스 발전소
PS10 태양광 발전소, 스페인 안달루시아에 있는 집중형 태양광 발전소

화력발전소열에너지전기에너지변환되는 발전소의 일종이다.증기발생 사이클 열은 대형 압력용기에서 물을 끓여 고압증기를 생성하는데 사용되며, 고압증기는 발전기에 연결된 증기터빈을 구동한다.터빈에서 나오는 저압 배기가스는 증기 콘덴서로 들어가 냉각되어 뜨거운 응축수를 생성하며, 이 응축수는 가열 프로세스로 재활용되어 더 많은 고압 증기를 생성합니다.이를 랭킨 사이클이라고 합니다.

화력발전소의 설계는 의도된 에너지원에 따라 달라진다. 화석연료, 원자력지열, 태양광 에너지, 바이오 연료, 폐기물 소각 등이 모두 사용된다.특정 화력발전소는 또한 산업용, 지역난방 또는 물의 담수화, 전력생산을 위해 열을 생산하도록 설계되어 있다.

천연가스 또는 오일 연료는 발전기에 연결된 가스터빈에서 직접 연소될 수 있으며, 효율을 높이기 위해 뜨거운 배기가스를 사용하여 물을 끓이고 증기 발생 사이클에서 사용할 수 있는 증기를 더 많이 생산합니다.이것은 복합 사이클 가스 터빈 플랜트로 알려져 있습니다.

열에너지의 종류

거의 모든 석탄 화력발전소, 석유, 원자력, 지열, 태양열, 폐기물 소각장 및 모든 천연가스 발전소가 열처리되어 있다.천연 가스는 보일러뿐만 아니라 가스 터빈에서도 자주 연소됩니다.가스터빈의 폐열은 뜨거운 배기 가스의 형태로 열 회수 증기 발생기(HRSG)를 통해 이 가스를 통과시킴으로써 증기를 상승시키는 데 사용될 수 있습니다.그런 다음 증기는 복합 사이클 플랜트에서 증기 터빈을 구동하는 데 사용되며, 이는 전반적인 효율을 향상시킵니다.석탄, 연료유, 천연가스를 태우는 발전소는 종종 화석연료 발전소라고 불린다.바이오매스를 연료로 하는 화력발전소도 등장했다.비원자력 화력발전소, 특히 열병합발전소를 사용하지 않는 화석연료 발전소를 재래식 발전소라고 부르기도 한다.

상업용 전력 발전소는 일반적으로 대규모로 건설되며 지속적인 운영을 위해 설계된다.사실상 모든 발전소는 3상 발전기를 사용하여 50Hz 또는 60Hz주파수로 교류(AC) 전력을 생산한다.대기업이나 기관은 설비에 난방 또는 전기를 공급하는 자체 발전소를 가질 수 있습니다. 특히 증기가 다른 목적으로 생성된 경우에는 더욱 그렇습니다.증기 동력 발전소는 20세기[citation needed] 대부분에서 대부분의 선박을 운전하는데 사용되어 왔다.선상 발전소는 보통 기어박스를 통해 터빈을 배의 프로펠러에 직접 연결한다.이러한 선박의 발전소는 전기를 공급하기 위해 발전기를 구동하는 작은 터빈에도 증기를 공급한다.원자력 해양 추진은 거의 예외 없이 해군 함정에서만 사용된다.증기 터빈이 추진용 전기 모터에 동력을 공급하는 발전기를 구동하는 터보 전기 선박이 많이 있었다.

CHP(Combined Heat and Power) 설비라고도 불리는 열병합 발전소는 증기 및 온수와 같은 프로세스 열 또는 공간 난방을 위한 전력과 열을 모두 생산합니다.

역사

1900년경 오하이오주 톨레도 톨레도 에디슨 증기공장 내부

왕복 증기 엔진은 18세기부터 기계적 동력 생산에 사용되어 왔으며, 제임스 와트에 의해 현저한 개선이 이루어졌다.1882년 뉴욕의 펄 스트리트 스테이션과 런던의 홀본 고가교 발전소에 상업적으로 개발된 최초의 중앙 발전소가 설립되었을 때 왕복 증기 엔진이 사용되었습니다.1884년 증기 터빈의 개발은 중앙 발전소에 더 크고 효율적인 기계 설계를 제공했다.1892년까지 터빈은 왕복 [1]엔진의 더 나은 대안으로 여겨졌습니다; 터빈은 더 높은 속도, 더 작은 기계, 그리고 공통 버스에서 발전기의 병렬 동기 작동을 허용하는 안정적인 속도 조절을 제공했습니다.1905년 이후, 터빈은 거의 모든 대형 중앙 발전소에서 왕복 엔진을 완전히 대체했다.

1901년 맨해튼 고가철도를 위해 건설된 가장 큰 왕복 엔진 발전기 세트가 완성되었습니다.17기의 무게는 각각 약 500톤이었고 정격은 6000킬로와트였다. 비슷한 정격의 현대식 터빈 세트는 [2]무게가 약 20%나 나갔을 것이다.

화력 발전 효율

2단 증기 터빈과 단일 급탕 온수기가 있는 랭킨 사이클.

기존 화력발전소의 에너지 효율은 소비되는 연료의 가열 값에 대한 비율로 생성되는 판매 가능 에너지로 정의됩니다.단순 사이클 가스 터빈은 에너지 변환 효율을 20 ~ 35%[3]까지 달성합니다.170bar와 570°C의 증기 압력으로 운영되는 전형적인 석탄 기반 발전소는 35-38%[4]의 효율로 가동되며, 최신 화석 연료 발전소는 46%의 [5]효율로 가동된다.복합 사이클 시스템은 더 높은 값에 도달할 수 있습니다.모든 열 엔진과 마찬가지로 효율은 제한적이며 열역학 법칙에 따라 결정됩니다.

카르노 효율은 증기의 온도를 높임으로써 더 높은 효율을 달성할 수 있음을 나타냅니다.아임계 압력 화석 연료 발전소는 36-40%의 효율을 달성할 수 있다.초임계 설계는 4400psi(30.3MPa) 이상의 압력을 사용하는 새로운 "초임계" 설계와 다단계 재가열 [4]효율이 45-48%에 달합니다.의 임계점인 705°F(374°C)와 3212psi(22.06MPa)를 초과하면 물에서 증기로의 상전이 없고 밀도가 점진적으로 감소한다.

현재 대부분의 원자력 발전소는 핵연료에서 열을 제거하는 시스템 내에서 보다 보수적인 안전 여유도를 제공하기 위해 석탄 화력발전소가 하는 온도와 압력 이하로 운영되어야 한다.따라서 열역학 효율이 30–32%로 제한됩니다.연구 인 일부 고급 원자로 설계(: 초고온 원자로, 고급 가스 냉각 원자로, 초임계 수형 원자로)는 현재의 석탄 플랜트와 유사한 온도와 압력에서 작동하여 동등한 열역학 효율을 창출할 것이다.

전력 생산에 사용되지 않는 화력발전소의 에너지는 열의 형태로 발전소를 환경에 남겨야 한다. 폐열은 응축기를 통과하여 냉각수 또는 냉각 타워에서 폐기할 수 있습니다.폐열을 대신 지역난방에 사용하면 열병합발전이라고 합니다.화력발전소의 중요한 등급은 담수화 시설과 관련된 것이다. 담수화 시설은 일반적으로 천연가스가 많이 공급되는 사막 국가에서 발견되며, 이러한 발전소에서는 담수 생산과 전기가 똑같이 중요한 공동 생산물이다.

다른 유형의 발전소는 다른 효율 제한에 따릅니다.미국의 대부분의 수력 발전소는 떨어지는 물의 에너지를 전기로[6] 변환하는 데 약 90%의 효율이 있는 반면, 풍력 터빈의 효율은 Betz의 법칙에 의해 약 59.3%로 제한되며, 실제 풍력 터빈은 더 낮은 효율을 보인다.

전기료

화력발전소에서 생산되는 전기 에너지의 직접 비용은 연료 비용, 발전소의 자본 비용, 운영자 노동력, 유지보수 및 재 처리 및 처분과 같은 요소의 결과이다.환경 영향의 경제적 가치 또는 완전한 연료 주기 및 발전소 폐로의 환경 및 건강 영향과 같은 간접적인 사회적 또는 환경적 비용은 일반적으로 유틸리티 실무에서 열 발전소의 발전 비용에 할당되지 않지만 환경 영향 평가의 일부를 구성할 수 있다.이러한 간접원가는 더 넓은 개념의 외부효과에 속한다.

보일러 및 증기 사이클

가압수형 원자로 간이도

원자력발전소 분야에서 증기발생기는 증기를 발생시키는 1차(리액터 플랜트)와 2차(증기 플랜트) 시스템을 열적으로 연결하기 위해 가압수형 원자로(PWR)에서 사용되는 특정 유형의 대형 열교환기를 말한다.비등수형 원자로(BWR)는 별도의 증기발생기를 사용하지 않고 노심 내에서 물이 끓는다.

일부 산업 환경에서는 열 회수 증기 발생기(HRSG)라고 불리는 증기 발생 열 교환기도 있을 수 있습니다. 이 열 교환기는 일부 산업 공정에서 나오는 열을 사용하며, 가장 일반적으로 가스터빈에서 나오는 뜨거운 배기를 사용합니다.증기 발생 보일러는 발전기를 구동하는 증기 터빈에 필요한 높은 순도, 압력 및 온도에서 증기를 생성해야 합니다.

지열 발전소는 자연적으로 발생하는 증기원을 사용하기 때문에 보일러를 필요로 하지 않는다.열교환기는 지열증기가 부식성이 매우 높거나 과도한 부유물이 포함된 경우에 사용할 수 있다.

화석연료증기발생장치는 이코노마이저, 증기드럼 및 증기발생관 및 과열코일을 갖춘 용해로를 포함한다.과도한 보일러 압력으로부터 보호하기 위해 필요한 안전 밸브가 적절한 위치에 있습니다.공기 및 연도 가스 경로 장치에는 강제 통풍(FD) , 공기 예열기(AP), 보일러 용해로, 유도 통풍(ID) 팬, 플라이 애쉬 컬렉터(정전기 침전기 또는 집진기) 및 연도 가스 [7][8][9]스택이 포함됩니다.

급수 가열

증기 보일러에 사용되는 보일러 급수는 연소 연료에서 회전하는 증기 터빈의 기계적 에너지로 열에너지를 전달하는 수단입니다.총 공급수는 재순환된 응축수와 정제된 보충수로 구성된다.접촉하는 금속 재료는 고온 및 압력에서 부식되기 때문에 사용 전에 보충수를 고도로 정제합니다.연화제이온 교환 탈염제로 이루어진 시스템은 물을 매우 순수하게 생성하기 때문에 공교롭게도 전기 절연체가 되어 센티미터당 0.3~1.0마이크로시멘전도율을 가진다.500 MWe 공장의 보충수는 약 120 US 갤런/분(7.6 L/s)에 달하며, 이는 순도 관리를 위해 보일러 드럼에서 뽑아낸 물을 대체하고 시스템 내 증기 누출로 인한 작은 손실을 상쇄할 수 있습니다.

급수 사이클은 증기 터빈을 통과한 후 응축기에서 응축수를 펌핑하는 것으로 시작됩니다.500 MW 공장의 최대 부하에서의 응축수 유량은 분당 약 6,000 US 갤런(400 L/s)입니다.

보일러 급수 탈수기(수직, 돔형 통기부 및 수평 저수부 포함)의 다이어그램.

물은 2단계로 가압되며, 6개 또는 7개의 중간 급탕 온수기를 통해 흐르며, 터빈의 적절한 덕트에서 추출된 증기로 각 지점에서 가열되고 각 단계에서 온도가 상승합니다.일반적으로 이 일련의 급탕기 중간과 2단계 가압 전에 응축수와 보충수가 물에서 용해된 공기를 제거하는 데어레이터[10][11] 통해 흐르며 더 나아가 부식성을 감소시킵니다.물은 이 지점에 이어 물 속에 남아 있는 산소[vague]5ppb 이하로 제거하는 화학 물질인 히드라진을 투여할 수 있다.또한 잔류 산도를 낮게 유지하여 비부식성을 유지하기 위해 암모니아나 모르포린같은 pH 제어제를 투여한다.

보일러 운전

보일러는 한 변이 약 50피트(15m), 높이가 약 130피트(40m)인 직사각형 난로입니다.벽은 직경 [citation needed]약 2.3인치(58mm)의 고압강관 거미줄로 만들어졌다.

분쇄탄 등의 연료는 네 귀퉁이 또는 한쪽 벽 또는 반대쪽 벽 2개에 위치한 버너를 통해 노내로 공기를 불어넣어 빠르게 연소시켜 중앙에 큰 불덩어리를 형성한다.화구의 열복사는 보일러 주변 근처의 보일러 튜브를 순환하는 물을 가열합니다.보일러의 물 순환 속도는 처리량의 3~4배입니다.보일러의 물이 순환하면서 열을 흡수하여 증기로 변한다.용광로 상부에 있는 드럼통 내부의 물과 분리된다.포화 증기는 연소 가스의 가장 뜨거운 부분에 걸려 있는 과열 펜던트 튜브로 유입됩니다.여기서 증기는 터빈을 위해 1,000°F(540°C)까지 과열됩니다.

물을 증기로 변환하기 위해 가스 터빈을 사용하는 공장에서는 열 회수 증기 발생기(HRSG)로 알려진 보일러를 사용합니다.가스터빈의 배기열은 가스터빈 복합 사이클 플랜트 섹션에서 설명한 바와 같이 기존의 수증기 생성 사이클에서 사용되는 과열 증기를 만드는 데 사용됩니다.

보일러로 및 증기 드럼

물은 이코노마이저라고 불리는 대류 경로의 부분을 통해 보일러로 들어갑니다.이코노마이저에서 스팀 드럼으로 이동하고 거기서부터 다운코머를 통과하여 수벽 하단에 있는 입구 헤더로 이동합니다.이러한 헤더에서 물은 용광로의 수벽을 통해 상승하여 용광로의 일부가 증기로 바뀌고 물과 증기의 혼합물이 증기 드럼으로 다시 들어갑니다.이 프로세스는 순수하게 자연 순환에 의해 구동되거나(물이 수벽의 물/증기 혼합물보다 밀도가 높기 때문에) 펌프에 의해 보조될 수 있습니다.스팀 드럼은 물을 하강기로 되돌리고 스팀을 일련의 스팀 분리기와 건조기를 통과시켜 스팀으로부터 물방울을 제거한다.그런 다음 건조 증기가 과열기 코일로 흐릅니다.

보일러로 보조 장비에는 석탄 공급 노즐 및 점화기 총, 그을음 송풍기, 워터 랜싱 및 용해로 내부 관찰을 위한 관찰 포트(고로 벽면 내)가 포함됩니다.트립아웃 후 가연성 가스의 축적으로 인한 노폭발을 석탄에 점화하기 전에 연소 구역에서 가연성 가스를 배출함으로써 회피한다.

증기 드럼( 과열기 코일 및 헤더)에는 초기 시동에 필요한 통풍구와 배수구가 있습니다.

과열기

화석 연료 발전소는 증기 발생로에 [citation needed]과열기 부분이 있는 경우가 많습니다.증기는 증기 드럼 내부의 건조 장비를 통과하여 용해로 내의 튜브 세트인 과열기로 이동합니다.여기서 증기는 튜브 외부의 뜨거운 연도 가스로부터 더 많은 에너지를 얻고, 이제 온도가 포화 온도 이상으로 과열됩니다.과열된 증기는 주 증기 라인을 통해 고압 터빈 전에 밸브로 배관됩니다.

원자력발전소에는 이러한 단면이 없지만 기본적으로 포화상태에서 증기를 생산한다.실험용 원자력 발전소는 전체 발전소 운영 [citation needed]비용을 개선하기 위해 화석 연소식 과열기를 설치했다.

증기 응축

응축기는 터빈의 배기가스에서 나오는 증기를 액체로 응축시켜 펌핑할 수 있도록 합니다.응축기를 냉각시킬 수 있으면 배기 증기의 압력이 감소하고 사이클의 효율이 높아집니다.

일반적인 수냉 표면 [8][9][12][13]응축기 다이어그램입니다.

표면 콘덴서는 냉각수가 [8][12][13][14]튜브를 통해 순환되는 셸 및 튜브교환기입니다.저압 터빈의 배기 증기는 셸로 들어가 냉각되고 인접한 다이어그램과 같이 튜브 위를 흐르면서 응축수(물)로 변환됩니다.이러한 응축기는 증기 이젝터 또는 회전식 모터 구동식 배기를 사용하여 증기 측에서 공기와 가스를 지속적으로 제거하여 진공 상태를 유지합니다.

최상의 효율을 위해 응축기 내 온도를 가능한 한 낮게 유지해야 응축기 내 압력이 가장 낮습니다.물의 증기 압력이 대기압보다 훨씬 낮은 곳에서는 응축기 온도를 거의 항상 100°C 이하로 유지할 수 있기 때문에 응축기는 일반적으로 진공 상태에서 작동합니다.따라서 폐쇄 루프에 응결되지 않는 공기가 누출되는 것을 방지해야 합니다.

일반적으로 냉각수는 약 25°C(77°F)의 온도에서 증기를 응축시켜 응축기에서 약 2-7kPa(0.59–2.07inHg), 즉 대기압에 대한 약 -95kPa(-28inHg)의 절대 압력을 발생시킨다.수증기가 액체로 응축될 때 발생하는 부피의 큰 감소는 낮은 진공 상태를 만들어 수증기를 통과시키고 터빈의 효율을 증가시킵니다.

한계 요인은 냉각수 온도이며, 이는 발전소 위치의 일반적인 평균 기후 조건에 의해 제한된다(겨울 동안 터빈 한계를 넘어 온도를 낮출 수 있어 터빈에 과도한 응결이 발생할 수 있음).고온 기후에서 가동 중인 발전소는 응축기 냉각수 공급원이 따뜻해지면 출력을 줄여야 할 수 있습니다. 불행히도 이는 일반적으로 에어컨에 대한 높은 전기 수요 기간과 일치합니다.

콘덴서는 일반적으로 냉각탑의 순환 냉각수를 사용하여 폐열을 대기 중으로 배출하거나 강, 호수 또는 해양의 OTC(Once-Through Cooling) 물을 사용합니다.미국에서는 발전소의 약 3분의 2가 OTC 시스템을 사용하고 있으며, 이는 종종 환경에 심각한 악영향을 미친다.그 영향에는 열 오염과 냉각수 [15][16]흡입구에서 많은 물고기와 다른 수생 종들이 죽는다.

말리 기계식 환기 냉각탑

응축기 튜브의 순환 냉각수에 흡수된 열도 제거하여 순환하는 물의 냉각 능력을 유지해야 합니다.이는 응축기에서 온수를 자연 통풍, 강제 통풍 또는 유도 통풍 냉각 타워(인접 이미지 참조)를 통해 펌핑하여 수온을 약 11~17°C(20~30°F) 낮춤으로써 이루어집니다.대기 중으로 폐열을 배출합니다.500 MW 장치의 냉각수 순환 유속은 최대 [17]부하에서 약 143.2 m/s (5003 ft/s 또는 225,000 US gal/min)입니다.

콘덴서 튜브는 황동 또는 스테인리스강으로 제작되어 양쪽에서 발생하는 부식을 방지합니다.그러나 냉각수의 박테리아나 조류에 의해 작동 중에 내부 오염되거나 미네랄 스케일링에 의해 오염될 수 있으며, 이 모든 것이 열 전달을 억제하고 열역학 효율을 저하시킬 수 있습니다.많은 공장에는 스펀지 고무공을 튜브를 통해 순환시켜 시스템을 오프라인으로 [citation needed]전환하지 않고도 깨끗하게 문질러주는 자동 세척 시스템이 포함되어 있습니다.

응축기의 증기를 응축하는 데 사용된 냉각수는 가열된 것 이외에는 변경하지 않고 원점으로 돌아갑니다.물이 (순환 냉각탑이 아닌) 지역 수역으로 되돌아오는 경우, 종종 차가운 '원' 물로 담금질을 하여 해당 수역으로 방출될 때 열 충격을 방지합니다.

응축 시스템의 또 다른 형태는 공랭식 응축기입니다.프로세스는 라디에이터 및 팬의 프로세스와 유사합니다.증기 터빈의 저압 섹션의 배기열은 응축 튜브를 통해 흐릅니다. 보통 튜브는 핀으로 고정되고 주변 공기는 대형 팬의 도움으로 핀을 통해 밀어집니다.증기는 응축되어 물-증기 순환에서 재사용됩니다.공랭식 콘덴서는 일반적으로 수냉식 콘덴서보다 높은 온도에서 작동합니다.물을 절약하면서 사이클의 효율이 저하됩니다(그 결과, 메가와트시당 이산화탄소가 증가).

응축기 바닥에서 나오는 강력한 응축수 펌프는 응축된 증기(물)를 물/증기 사이클로 재활용합니다.

재가열기

발전소 용해로에는 튜브 외부의 뜨거운 연도 가스에 의해 가열된 튜브가 포함된 재열기 섹션이 있을 수 있습니다.고압 터빈의 배기 증기는 중간 및 저압 터빈을 구동하기 전에 더 많은 에너지를 모으기 위해 이러한 가열된 튜브를 통과합니다.

공기 경로

외부 팬은 연소를 위한 충분한 공기를 공급하기 위해 제공됩니다.1차 공기 팬은 대기의 공기를 빨아들이고 먼저 공기 예열기의 공기를 데워 경제성을 높입니다.그런 다음 1차 공기는 석탄 분쇄기를 통과하여 석탄 분진을 버너로 운반하여 용해로에 주입합니다.2차 공기 팬은 대기의 공기를 빨아들이고 먼저 공기 예열기의 공기를 데워 경제성을 높입니다.2차 공기는 버너의 석탄/1차 공기 흐름과 혼합됩니다.

유도 통풍 팬은 보일러 케이스에서 연소 생성물이 누출되지 않도록 용해로 내의 대기압을 약간 밑도는 상태로 유지하여 용해로에서 가연성 가스를 끌어냄으로써 FD 팬을 지원합니다.

증기 터빈 발전기

증기 터빈 발전기는 서로 연결된 일련의 증기 터빈과 공통 축상의 발전기로 구성됩니다.

증기 터빈

발전소에서 사용되는 최신 증기 터빈의 로터

보통 한쪽 끝에는 고압 터빈이 있고, 그 다음에는 중압 터빈이 있고, 마지막으로 1개, 2개 또는 3개의 저압 터빈과 발전기에 연결되는 샤프트가 있습니다.증기는 시스템을 통과하여 압력과 열에너지를 잃으면 부피가 커지기 때문에 후속 단계마다 직경이 커지고 남은 에너지를 추출하기 위한 블레이드가 길어집니다.전체 회전 질량은 200톤 이상이고 길이는 100피트(30m)가 될 수 있다.셧다운(3rpm)해도 천천히 회전해야 샤프트가 약간이라도 휘어지지 않고 균형이 잡히지 않을 정도로 무겁다.이것은 매우 중요하기 때문에 현장 비상 전원 배터리의 6가지 기능 중 하나입니다.(나머지 5개는 비상등, 통신, 스테이션 알람, 발전기 수소씰 시스템, 터보제너레이터 윤활유)

전형적인 20세기 후반 발전소의 경우, 보일러에서 과열된 증기는 14–16인치(360–410 mm) 직경 배관을 통해 고압 터빈에 2,400 psi(17 MPa; 160 atm) 및 1,000 °F(540 °C)로 공급되며, 여기에서 고압 터빈은 600 psi(4.1 MPa; 41 atm) 및 600 °C (320 °C)의 압력으로 떨어집니다.24–26인치(610–660mm) 직경의 냉간 재가열 라인을 통해 나와 보일러로 다시 들어가며, 여기서 증기는 1,000°F(540°C)의 특수 재가열 펜던트 튜브에서 재가열됩니다.고온 재가열 증기는 중간 압력 터빈으로 전달되며, 중간 압력 터빈은 온도와 압력 모두에서 떨어지고 긴 날개 저압 터빈으로 직접 빠져나간 후 최종적으로 응축기로 빠져나갑니다.

터보 제너레이터

일반적으로 길이 약 9m, 직경 약 3.7m인 제너레이터에는 고정식 스테이터와 회전식 로터가 있으며, 각각 마일의 무거운 구리 도체가 들어 있습니다.일반적으로 영구 자석이 없기 때문에 블랙 스타트를 방지합니다.작동 시 전력 그리드에 동기화된 3,000 또는 3,600rpm으로 회전할 때 24,000V AC(504 MWe)에서 최대 21,000암페어를 생성합니다.로터는 수소 가스로 냉각된 밀폐된 챔버에서 회전합니다. 로터는 알려진 가스 중 가장 높은 열 전달 계수를 가지고 있고 낮은 점도로 인해 선택되므로 윈디지 손실을 줄일 수 있습니다.이 시스템은 시동 중에 특수 취급이 필요하며, 수소로 채워지기 전에 챔버 내의 공기가 이산화탄소로 먼저 대체됩니다.따라서 폭발성이 높은 수소-산소 환경이 조성되지 않습니다.

전력망 주파수는 북미 전역에서는 60Hz, 유럽, 오세아니아, 아시아(한국 및 일본 일부 지역은 예외) 및 아프리카 일부 지역에서는 50Hz입니다.원하는 주파수는 하나의 특정 속도에 고도로 최적화되어 있기 때문에 대형 터빈의 설계에 영향을 미칩니다.

전기는 배전 야드로 흐릅니다. 여기서 변압기는 목적지로 전송하기 위한 전압을 높입니다.

증기 터빈 구동 발전기는 만족스럽고 안전하게 작동할 수 있는 보조 시스템을 갖추고 있습니다.증기 터빈 발전기는 회전 장비로서 일반적으로 무겁고 큰 직경의 샤프트를 가지고 있습니다.따라서 샤프트는 지지대가 필요할 뿐만 아니라 주행 중에도 제 위치를 유지해야 합니다.회전 시 마찰 저항을 최소화하기 위해 샤프트에는 다수의 베어링이 있습니다.축이 회전하는 베어링 셸은 배빗 금속과 같은 저마찰 재료로 라이닝됩니다.샤프트와 베어링 표면 간의 마찰을 더욱 줄이고 발생하는 열을 제한하기 위해 오일 윤활이 제공됩니다.

스택 가스 경로 및 청소

연소 연도 가스는 보일러를 빠져나갈 때 회전하는 금속 메시의 평평한 바스켓을 통해 배출됩니다. 금속 메시는 열을 집어들고 바스켓이 회전할 때 유입되는 외부 공기로 돌아갑니다.이것은 공기 예열기라고 불립니다.보일러에서 나오는 가스에는 작은 구형 화산재 입자인 플라이 애쉬가 가득합니다.연도 가스에는 연소 생성물인 이산화탄소, 이산화황, 산화질소와 함께 질소가 포함되어 있습니다.플라이 애쉬집진장치나 정전 집진기패브릭 백 필터에 의해 제거된다.플라이 애쉬 부산물은 제거되면 콘크리트 제조에 사용될 수 있습니다.그러나 이러한 연도 가스 청소는 적절한 기술이 적용된 공장에서만 발생합니다.그럼에도 불구하고, 세계 대부분의 석탄 화력발전소는 이러한 시설을 [citation needed]갖추고 있지 않다.유럽의 법률은 연도 가스 오염을 줄이기 위해 효율적이었다.일본은 30년 이상, 미국은 25년 이상 연도 정화 기술을 사용해 왔다.중국은 이제 석탄 화력 발전소로 인한 오염과 씨름하기 시작했다.

법률이 요구하는 경우, 황 및 질소 산화물 오염물질은 분쇄된 석회석 또는 기타 알칼리 습식 슬러리를 사용하여 출구 스택 가스에서 이러한 오염물질을 제거하는 스택 가스 스크러버에 의해 제거됩니다.다른 장치는 촉매제를 사용하여 연도 가스 흐름에서 아산화질소 화합물을 제거합니다.이때 연도 가스 스택 위로 이동하는 가스가 약 50°C(120°F)까지 떨어졌을 수 있습니다.일반적인 연도 가스 스택은 대기 중 나머지 연도 가스 성분을 분산시키기 위해 150–180m(490–590ft) 높이일 수 있다.세계에서 가장 높은 연도 가스 스택은 카자흐스탄Ekibastuz GRES-2 발전소에 있는 419.7 미터 (1,377 피트) 높이입니다.

미국과 다른 많은 국가에서는 지역 대기 오염 규정을 준수하기 위해 필요한 연도 가스 스택 높이를 결정하기 위해 대기 분산[18] 모델링 연구가 필요합니다.또한 미국에서는 'GEP(Good Engineering Practice)' 스택 [19][20]높이를 준수하기 위해 연도 가스 스택의 높이를 요구합니다.기존 연도 가스 스택이 GEP 스택 높이를 초과하는 경우 이러한 스택에 대한 대기오염 분산 모델링 연구에서는 실제 스택 높이가 아닌 GEP 스택 높이를 사용해야 합니다.

보조 시스템

보일러 보충수 처리장 및 저장실

보일러로 지속적으로 증기가 빠져나가고 응축수가 지속적으로 돌아오기 때문에, 보일러 증기 드럼에서 원하는 수위를 유지하기 위해 블로다운 및 누출로 인한 손실을 보충해야 합니다.이를 위해 보일러 수계통에 연속 보충수를 첨가한다.식물에 투입되는 원수의 불순물은 일반적으로 물에 경도를 부여하는 칼슘과 마그네슘 소금으로 구성됩니다.보일러에 공급되는 보충수의 경도는 튜브 수면에 침전물이 형성되어 튜브 과열 및 고장으로 이어집니다.따라서 물에서 염분을 제거해야 하며, 이는 물의 탈염처리장(DM)에 의해 이루어집니다.DM 공장은 일반적으로 양이온, 음이온 및 혼합 바닥 교환기로 구성됩니다.이 과정에서 최종 물 속의 이온은 기본적으로 수소 이온과 수산화 이온으로 구성되며, 수산화 이온은 재결합하여 순수한 물을 형성합니다.매우 순수한 DM 물은 산소에 대한 친화력이 매우 높기 때문에 대기 중 산소를 흡수하면 부식성이 매우 높아집니다.

DM 공장의 용량은 원료수 투입물의 소금 종류와 양에 따라 결정됩니다.다만, DM공장이 유지보수로 다운되어 있을 가능성이 있기 때문에, 일부의 스토리지는 불가결합니다.이를 위해 보일러 보충을 위해 DM 물이 지속적으로 배출되는 저장 탱크가 설치되어 있습니다.DM 물 저장 탱크는 PVC와 같은 부식수의 영향을 받지 않는 재료로 제작됩니다.배관 및 밸브는 일반적으로 스테인리스강이다.탱크 내 물 위에 스팀 블랭킷 장치 또는 스테인리스 도넛 플로트를 설치하여 공기와 접촉하지 않도록 하는 경우가 있습니다.DM 수분 보충은 일반적으로 표면 콘덴서의 증기 공간(즉, 진공 측)에서 첨가됩니다.이 장치는 물을 살포할 뿐만 아니라 DM 물을 탈기하여 용존 가스를 콘덴서에 부착된 이젝터를 통해 공기 제거기에 의해 제거합니다.

연료 준비 시스템

석탄을 발전소로 운반하기 위한 컨베이어 시스템(왼쪽 끝 참조).

석탄화력발전소에서는 우선 석탄저장구역으로부터의 원급탄은 잘게 분쇄된 후 보일러의 석탄공급호퍼로 운반된다.그 석탄은 다음으로 분쇄되어 매우 고운 가루로 된다.분쇄기는 볼밀, 회전 드럼 분쇄기 또는 기타 유형의 분쇄기일 수 있습니다.

일부 발전소는 석탄보다는 연료유를 태운다.오일은 연료 오일 저장 탱크에서 따뜻한 상태(주입점 이상)로 유지하여 오일이 응결되어 펌핑되지 않도록 해야 합니다.오일은 보통 약 100°C까지 가열된 후 용해로 연료 오일 스프레이 노즐을 통해 펌핑됩니다.

일부 발전소의 보일러는 가공된 천연가스를 주 연료로 사용한다.다른 발전소는 주 연료 공급(석탄 또는 석유)이 중단될 경우 가공된 천연 가스를 보조 연료로 사용할 수 있다.이러한 경우 보일러로에는 별도의 가스 버너가 제공됩니다.

바링 기어

바링 기어(또는 "터닝 기어")는 장치 정지 후 터빈 제너레이터 샤프트를 매우 느린 속도로 회전시키기 위해 제공되는 메커니즘입니다.장치가 "트립"되면(즉, 증기 입구 밸브가 닫힘), 터빈은 정지 상태를 향해 하강합니다.완전히 멈추면 터빈 샤프트가 너무 오랫동안 한 위치에 머물면 휘어지거나 휘어지는 경향이 있습니다.이는 터빈 케이스 내부의 열이 케이스의 상반부에 집중되는 경향이 있어 샤프트의 상반부가 하반부보다 더 뜨거워지기 때문입니다.따라서 샤프트는 100만분의 1인치만큼 휘어지거나 휘어질 수 있습니다.

편심계로만 감지되는 이 작은 샤프트 편향은 증기 터빈 발전기 전체가 재가동될 때 손상 진동을 일으키기에 충분합니다.따라서 샤프트는 완전히 정지할 수 있을 정도로 충분히 냉각될 때까지 바링 기어에 의해 저속(정격 속도 약 1%)으로 자동으로 회전합니다.

오일 시스템

보조 오일 시스템 펌프는 증기 터빈 발전기 시동 시 오일을 공급하기 위해 사용됩니다.증기 터빈의 주 입구 증기 정지 밸브, 제어 컨트롤 밸브, 베어링 및 씰 오일 시스템, 관련 유압 릴레이 및 기타 메커니즘에 필요한 유압 오일 시스템을 공급합니다.

시동 시 터빈의 미리 설정된 속도에서 터빈 주축에 의해 구동되는 펌프가 보조 시스템의 기능을 이어받습니다.

발전기 냉각

소형 발전기는 흡입구의 필터를 통해 흡입되는 공기로 냉각될 수 있지만, 대형 발전기는 일반적으로 특별한 냉각 장치가 필요합니다.수소가스 냉각은 오일 씰링 케이스에서 사용되는데, 이는 수소가스가 알려진 가스 중 가장 높은 열전달 계수를 가지며, 낮은 점도인해 풍속 손실을 줄이기 때문입니다.이 시스템은 시동 중에 특수 취급이 필요하며, 수소를 주입하기 전에 제너레이터 인클로저의 공기가 이산화탄소로 먼저 대체됩니다.이렇게 하면 가연성이 높은 수소가 공기 중의 산소와 섞이지 않습니다.

케이스 내부의 수소 압력은 외부 공기 유입을 방지하기 위해 대기압보다 약간 높게 유지되며, 열 전달 효율을 개선하기 위해 최대 2기압까지 유지됩니다.수소는 샤프트가 케이스에서 나오는 외부 누출로부터 밀봉되어야 합니다.샤프트 주변의 기계식 씰은 샤프트와 씰 사이의 마찰을 방지하기 위해 매우 작은 고리형 갭으로 장착됩니다.수소가스가 대기로 누출되는 것을 방지하기 위해 씰 오일을 사용한다.

발전기는 수냉도 사용합니다.발전기 코일은 약 22kV의 전위이기 때문에 수선과 발전기 고전압 권선을 상호 연결하기 위해 테플론 등의 절연 장벽이 사용됩니다.전도율이 낮은 탈염수를 사용한다.

발전기 고전압 시스템

최신 유틸리티 연결 발전기의 발전기 전압은 소형 장치의 경우 11kV에서 대형 장치의 경우 30kV까지 다양합니다.발전기 고전압 리드는 일반적으로 소형 기계에 사용되는 케이블에 비해 전류가 높기 때문에 대형 알루미늄 채널입니다.이 시스템은 잘 접지된 알루미늄 버스 덕트에 둘러싸여 있으며 적절한 절연체에 지지됩니다.발전기 고전압 리드는 로컬 전력 그리드에 의한 추가 전송을 위해 고전압 변전소(일반적으로 115kV ~ 765kV 범위)에 연결하기 위해 스텝업 변압기에 연결됩니다.

고전압 리드에 필요한 보호 및 계량 장치가 포함되어 있습니다.따라서 증기 터빈 발전기와 변압기는 하나의 유닛을 형성한다.소형 유닛은 발전기를 공통 버스에 연결하기 위해 개별 회로 차단기와 공통 발전기 승압 변압기를 공유할 수 있습니다.

감시 및 경보 시스템

대부분의 발전소 운영 제어는 자동입니다.그러나 경우에 따라 수동 작업이 필요할 수 있습니다.따라서 발전소는 특정 운전 매개변수가 정상 범위에서 심각하게 벗어날 때 발전소 운영자에게 경고하는 감시기와 경보 시스템이 제공된다.

배터리로 제공되는 비상 조명 및 통신

필요에 따라 발전소의 제어 시스템, 통신 시스템, 발전기 수소 씰 시스템, 터빈 윤활유 펌프 및 비상 조명과 같은 필수 항목에 비상 전력을 공급하기 위해 납-산 셀 유닛으로 구성된 중앙 배터리 시스템이 제공된다.이는 비상 상황에서 장치를 안전하고 손상 없이 종료하는 데 필수적입니다.

순환수계

주 터빈 배기 증기, 글랜드 증기 응축기의 응축수, 저압 히터의 응축수의 열 부하를 분산시키기 위해 주 응축기에 냉각수를 지속적으로 공급하여 응축으로 유도한다.

내륙 발전소의 냉각수 소비는 2040–[21]2069년까지 대부분의 화력발전소의 전력 가용성을 감소시킬 것으로 추정된다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크