개념 한 쪽
화력발전에서 연료의 발열량과 발전 설비의 효율을 이해하는 것은 연료량 산정과 성능 판단의 핵심이다
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기
출제기준 단원 「연료와 연소」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 연료량·발열량으로 열효율 계산 | 1 | kWh를 kcal로 환산해 연료 투입열과 비교하여 효율을 구하기 |
| 엔탈피로 랭킨사이클 효율 구하기 | 1 | 과열증기·배기·급수 엔탈피 차로 열효율을 계산하기 |
| 연료량으로 발생전력 환산 | 1 | 총발열량에 효율을 곱한 뒤 860으로 나누어 kWh로 환산하기 |
연료 관련 문제의 기본은 '단위 일치'와 '860 환산'을 지키는 것이다 전력량을 열량으로 비교하려면 1kWh = 860kcal를 사용하여 kWh를 kcal로 바꾸거나 반대로 kcal를 kWh로 바꾼다 연료의 총열량은 발열량(kcal/kg)에 연료량(kg)을 곱해 구한다
열효율은 얻어낸 열량 또는 일이 투입된 열량에서 차지하는 비율로 정의한다 발전소의 열효율은 발전으로 얻은 전력의 열량을 투입된 연료의 열량으로 나누어 백분율로 표현한다 연료량 문제는 'kWh×860 ÷ (발열량×연료량)' 형태가 반복적으로 나타난다
랭킨사이클 관련 문제는 엔탈피 차를 이용해 계산한다 터빈이 낸 일은 터빈 입구 엔탈피에서 배기 엔탈피를 뺀 값이고, 보일러가 공급한 열은 과열증기 엔탈피에서 급수 엔탈피를 뺀 값이다 랭킨사이클 열효율은 터빈일 ÷ 공급열로 계산한다
운전·계산 문제에서는 단위 환산·발열량 적용·발전기 효율 적용 순서를 정확히 지키는 것이 오답 소거의 핵심이다 예를 들어 발전기 출력과 발전기 효율이 함께 주어지면 터빈 출력을 발전기 출력 ÷ 발전기 효율로 구해야 하고, 시간당 열입력은 엔탈피차×증기량으로 kcal/h를 구한 뒤 860으로 나누어 kW로 환산해야 한다
예제 1 — 발열량과 연료량으로 열효율 계산한다 문제 조건: 발열량 5500kcal/kg인 석탄 10ton으로 24000kWh의 전력을 발생했다고 가정한다 풀이: 발전량을 kcal로 환산하면 24000kWh × 860 = 20,640,000kcal이다 투입 열량은 5500kcal/kg × 10,000kg = 55,000,000kcal이다 효율 = 20,640,000 ÷ 55,000,000 × 100 ≈ 37.5%가 된다
예제 2 — 연료 1톤으로 발생 가능한 전력량을 구한다 문제 조건: 석탄 1ton, 발열량 5,000kcal/kg, 발전 효율 20%를 가정한다 풀이: 총발열량 = 1,000kg × 5,000kcal/kg = 5,000,000kcal이다 유효열 = 5,000,000 × 0.2 = 1,000,000kcal이다 전력량 = 1,000,000 ÷ 860 ≈ 1,160kWh가 된다 핵심 공식은 '총발열량 × 효율 ÷ 860'이다
발열량 5500kcal/kg의 석탄 10ton을 연소하여 24000kWh의 전력을 발생하는 화력발전소의 열효율은 약 몇 % 인가?
정답 ④ · 열효율은 발생 전력에너지를 투입 연료의 열량으로 나눈 백분율입니다. 투입 열량은 발열량(5500kcal/kg) × 연료량(10ton=10000kg)이며, 1kWh는 860kcal에 해당합니다.
열효율 = 발전량×860 ÷ (발열량×연료량), 24000×860/5500만 ≈ 37.5%.
화력발전소에서 1톤의 석탄으로 발생시킬 수 있는 전력량은 약 몇 KWh 인가? (단, 석탄 1Kg의 발열량은 5,000 kcal, 효율은 20%이다.)
정답 ③ · 문항은 석탄 1톤으로 화력발전소에서 발생할 수 있는 전력량을 계산하는 문제이다. 계산식은 발전량[kWh] = (질량(kg) × 발열량(kcal/kg) × 효율) ÷ 860이다.
발전량 = 석탄 총발열량 × 효율 ÷ 860kcal, 즉 5,000,000×0.2÷860 ≈ 1,160kWh → ③
어떤 발전소에서 발열량 5000kcal/kg의 석탄 10ton을 사용하여 20000kWh의 전력을 발생하였을 경우 이 발전소의 열효율은 몇 [%]인가?
정답 ③ · 문제는 석탄의 발열량과 사용량으로 발전소의 열효율을 계산하는 것이다. 열효율은 발전으로 얻은 열량(전력량을 kcal로 환산)÷투입된 연료열량으로 계산하므로 전력(kWh)에 860을 곱해 kcal로 바꾸고 연료질량(kg)×발열량(kcal/kg)으로 나눈다.
열효율 = 발전량(kWh)×860 ÷ 사용열량(kcal), 20000×860 ÷ 5×10⁷ = 34.4%이다.
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