개념 한 쪽
화력발전은 연료의 열로 증기를 만들어 터빈을 돌리는 방식이다. 랭킨 사이클의 기기 순서, 복수기 방열손, 가스터빈의 특징이 세트에서 반복되는 출제 포인트다.
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출제기준 단원 「화력발전의 원리와 종류」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 순서 배열(사이클) | 1 | 화력발전 기본 사이클 흐름 순서 |
| 순서 배열(증기·급수) | 1 | 증기와 급수가 흐르는 순서 |
| 손실 비교 | 1 | 화력발전소에서 가장 큰 손실 고르기 |
화력발전소의 기본 사이클은 랭킨 사이클로, 급수펌프(승압) → 보일러(증발) → 과열기(과열) → 터빈(팽창·발전) → 복수기(응축) 순으로 순환한 뒤 다시 급수펌프로 돌아온다. 절탄기(에코노마이저)는 보일러 배기가스의 열로 급수를 미리 데우는 장치라 증기·급수 흐름에서는 보일러 앞에 온다(절탄기 → 보일러 → 과열기 → 터빈 → 복수기). 재열기는 고압터빈을 지나 저온·저압이 된 증기를 보일러로 되돌려 재가열해 저압터빈에 보내는 설비로, 터빈 출구 습도를 낮춰 날개 침식을 막고 열효율을 올린다. 공기 예열은 공기예열기, 급수 가열은 급수가열기(재생 사이클)의 몫이다.
화력발전소에서 가장 큰 손실은 복수기 방열손(냉각손실)로 투입 열량의 약 50%를 차지하고, 연돌 배출가스 손실은 10%대, 소내용 동력·터빈·발전기 손실은 수 % 수준이다. 우리나라 대형 화력발전소의 표준 복수기는 증기와 냉각수가 만나지 않는 표면 복수기다(응축수 순도가 유지되어 보일러 급수로 재사용된다 — 혼합식은 냉각수 불순물이 섞인다).
발전 전력량은 1 kWh = 860 kcal 환산으로 W = 발열량×효율÷860 [kWh]다. 발열량 5000 kcal/kg인 석탄 1 kg을 효율 40%로 쓰면 5000×0.4/860 ≈ 2.3 kWh다(효율을 곱하지 않으면 5.8 kWh 함정). 가스터빈 발전은 공기를 압축·연소시킨 고온 가스로 터빈을 직접 돌리는 방식으로, 소형·경량이고 냉각수가 거의 필요 없으며 기동·정지가 신속해 첨두부하·비상용 전원에 적합하다. 대신 배기가스 손실 때문에 단독 열효율은 기력발전보다 낮다.
순서 문제는 「급·보·과·터·복」 다섯 글자로 즉답한다. 부속설비는 「무엇을 데우는가」로 매칭한다(재열기=증기, 공기예열기=공기, 급수가열기=급수). 계산은 「발열량×효율÷860」 한 줄이고, 가스터빈은 「기동 빠름 + 냉각수 적음 + 설비 간단 = 피크 부하용」과 「열효율은 낮음」의 대비로 선지를 가른다.
화력발전소의 기본 사이클이다. 그 순서로 옳은 것은?
정답 ② · 화력발전의 기본 열사이클은 랭킨 사이클로, 급수펌프로 급수를 승압하여 보일러에 공급 → 보일러에서 포화증기 생성 → 과열기에서 과열증기로 만들어 터빈에 공급 → 터빈에서 일을 하여 발전기 구동 → 복수기에서 배기증기를 냉각 응축 → 다시 급수펌프로 순환하는 순서이다. 즉 급수펌프→보일러→과열기→터빈→복수기→급수펌프 순이 옳다.
랭킨 사이클 순서는 급수펌프→보일러→과열기→터빈→복수기→(급수펌프)이다.
화력발전소에서 증기 및 급수가 흐르는 순서는?
정답 ③ · 화력발전소의 급수·증기 계통은 급수펌프 → 절탄기(급수 예열) → 보일러(증발) → 과열기(증기 과열) → 터빈(증기 팽창, 발전) → 복수기(증기 응축) 순서로 흐릅니다. 절탄기는 보일러로 들어가기 전 급수를 예열하는 장치이므로 보일러보다 앞에 위치합니다.
화력 증기·급수 흐름은 절탄기→보일러→과열기→터빈→복수기 순이며, 절탄기는 급수 예열용이다.
화력 발전소에서 가장 큰 손실은?
정답 ② · 화력발전소의 열손실 중 가장 큰 비중을 차지하는 것은 복수기(condenser)에서 증기를 냉각·응축시키는 과정에서 버려지는 방열손(냉각손실)으로, 전체 투입열량의 약 50% 내외에 달한다. 연돌 배출가스 손실, 소내용 동력, 터빈·발전기 손실은 이보다 훨씬 작다.
화력발전 최대 열손실은 복수기 방열손(냉각손실)로 전체 투입열량의 약 50%를 차지한다.
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