개념 한 쪽
에너지관리기사 증기 동력사이클 — 랭킨과 재열
증기 동력사이클은 보일러·터빈·응축기·펌프를 잇는 기본 사이클과, 그 단점을 보완한 변형 사이클로 나뉜다. 랭킨 사이클의 구성, 재열 사이클을 만든 목적, 펌프 일과 보일러 가열량 계산, 포화수와 증기를 섞었을 때의 건도를 본다.
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뜻
랭킨 사이클은 물을 작동 유체로 쓰는 증기 원동소의 기본 사이클이다. 보일러에서 가열해 증기를 만들고, 터빈에서 팽창시켜 일을 얻고, 응축기에서 물로 되돌린 뒤 펌프로 다시 보일러에 넣는 순환이며, 이 네 장치가 짝을 이룬다.
재열 사이클은 랭킨 사이클의 단점을 개선하려고 고안되었다. 높은 압력으로 열효율을 올리면서 저압측의 과도한 습도를 피하고 터빈 일을 늘리기 위해, 터빈 중간에서 증기를 다시 가열한다. 재열이 랭킨을 개선한 것이므로 방향을 거꾸로 설명하면 틀린 서술이 된다.
펌프 일은 액체의 비체적이 거의 변하지 않는다는 점을 이용해 W=v′(P₂−P₁)로 구한다. 1atm에서 5atm까지 압축하고 포화수 비체적이 0.001048m³/kg이라면 0.001048×4×10,332≈43kgf·m/kg이 된다. 증기 쪽 비체적 1.725m³/kg은 펌프 일 계산에 쓰지 않는다.
보일러 가열량은 엔탈피 차에 증기량을 곱한다. 급수 25kcal/kg에서 증기 756kcal/kg으로 10ton/h를 만들면 (756−25)×10⁴≈7.3×10⁶ kcal/h다. 같은 압력·온도의 포화수 1kg과 포화증기 4kg을 섞으면 건도는 4÷(1+4)=0.8, 즉 80%다.
예제
선지 판단은 랭킨 사이클을 보일러·터빈·응축기·펌프의 순환으로 묶는지, 재열의 목적을 과습 방지와 터빈 일 증가로 보는지, 펌프 일에 포화수 비체적을 쓰는지, 혼합 후 건도를 증기 질량÷전체 질량으로 구하는지에서 갈린다. 43kgf·m/kg과 80%가 그 예다. 재열이 랭킨에서 개선되었다는 방향을 뒤집은 선지, 펌프 일에 증기 비체적을 넣은 선지는 어긋난다.
자주 묻는 물음
- 랭킨 사이클은 어떤 장치로 이루어지나요?
- 보일러, 터빈, 응축기, 펌프입니다. 물을 작동 유체로 쓰는 증기 원동소의 기본 사이클입니다.
- 재열 사이클을 쓰는 목적은 무엇인가요?
- 높은 압력으로 열효율을 올리면서 저압측 과습을 피하고 터빈 일을 늘리기 위해서입니다.
- 펌프 일은 어떤 값으로 계산하나요?
- 포화수 비체적을 씁니다. W=v′(P₂−P₁)이고, 1atm에서 5atm까지면 0.001048×4×10,332≈43kgf·m/kg입니다.
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