전기공사산업기사 내연력 및 복합발전 등 — 화력발전 열효율과 급수·증기 흐름

열효율은 얻어낸 전력을 열로 환산한 양을 연료가 공급한 열량으로 나눈 비율이다. 전기는 kWh, 연료 열은 kcal로 단위가 다르므로 1kWh = 860kcal라는 환산값으로 두 값을 같은 단위에 놓는다. 연료량은 ton으로 주어지고 발열량은 kg당으로 주어지므로 ton을 kg으로 바꾸는 것도 계산의 관문이 된다.

열효율을 구하는 꼴은 두 방향으로 나뉜다. 발전량과 연료량이 주어지면 분자에 발전량 곱하기 860을, 분모에 발열량 곱하기 연료량을 놓아 비율을 낸다. 반대로 필요한 연료량을 물으면 전력량을 860으로 열량으로 바꾼 뒤 발열량과 효율로 나눈다. 효율이 25퍼센트라면 필요한 열량이 전기량의 네 배가 된다는 뜻이라 효율은 곱하는 것이 아니라 나누는 방향으로 작용한다.

랭킨사이클은 보일러에서 증기를 만들고 터빈을 돌린 뒤 다시 물로 돌아오는 발전 사이클이다. 열효율은 터빈이 낸 일을 보일러가 공급한 열로 나눈 값이다. 터빈 일은 터빈 입구 엔탈피에서 배기 엔탈피를 뺀 것이고, 공급열은 급수 엔탈피에서 과열증기 엔탈피까지 올리는 열이다.

실제 발전소에서는 발전기 효율이 끼어든다. 발전기 출력이 주어지면 이를 발전기 효율로 나누어 터빈 출력을 먼저 구한다. 증기가 준 열량은 엔탈피 차에 시간당 증기량을 곱해 kcal로 구하고, 이를 860으로 나누어 kW로 맞춘 뒤 두 값을 비교한다.

물과 증기의 흐름은 정해져 있다. 급수는 절탄기에서 배기가스의 버려지는 열로 예열되어 보일러로 들어가 포화증기가 되고, 과열기에서 더 가열되어 과열증기가 된다. 과열증기는 터빈을 돌려 발전기를 구동하고, 일을 마친 배기증기는 복수기에서 응축되어 다시 급수로 돌아간다.

터빈은 증기를 다루는 방식에 따라 이름이 갈린다. 팽창 도중에 증기 일부를 중간 압력으로 뽑아 내면 추기터빈이고, 출구의 배기증기를 통째로 공정에 쓰면 배압터빈, 끝까지 팽창시켜 복수기로 보내면 복수터빈이다. 증기의 엔탈피는 증기 1kg이 보유한 총열량, 곧 액체열과 증발잠열의 합이며, 증발열을 절대온도로 나눈 값은 엔트로피라서 서로 구분해야 한다.