|
종류 |
유효낙차(m) |
비고 |
충동형 |
펠톤수차 |
200-1800 |
위치E→운동E |
반동형 |
프란시스수차 |
50-530 |
위치E→압력E |
프로펠러수차:고정형 카플란 원통현 사류수차 |
3-90 3-90 3-20 40-200 |
| |
가역펌프수차:프란시스 사류 프로펠러 |
30-600 20-180 20이하 |
|
3.충동수차
1)펠톤수차
(1)원리:노즐에서 분사되는 물을 러너주변과 버킷에 적용시켜 그 충격력으로 회전력을
얻는다
(2)구조
①러너:디스크와 버킷으로 그성
②노즐:단면이 원형인 관으로 중앙에 니들이 있어 이것을 전후진 시켜 버킷에 분사
되는 유량조절로 수량조정
③디플렉터:노즐에서 분사되는 물의 방향을 변환 또는 니들을 닫아서 수압관 내
부하차단시 수격압 상승을 10% 감소
④제트브레이크:러너의 속도상승을 억제(제동작용)
⑤케이싱:하부에 노즐이 취부되며 충분한 강도 필요
(3)특성
①비속도가 낮아 고낙차 지점에 적합
②러너 주위 물에 압력이 걸리지 않아 누수 염려가 없다
③마모부분의 부분교체용이
④출력변화에 따른 효율저하가 적어, 부하변동에 유리
⑤노즐갯수가 여러개인 경우 사용갯수를 조정하여 고효율 운전가능
v1:제트의 분사속도
u:러너의 운동속도
4.반동수차
1)프란시스 수차
(1)원리: 수압관에서 유입된 고압의 물이 안내날개를 통해 러너의 반지름 방향으로
들어와 속도를 올린다음 축 방향으로 방향을 바꿔 유출될때 까지 반동력으로
회전력을 얻는다
(2)구조
①러너: 주축에 연결되며 물이 가진 에너지를 기계적 에너지로 변환
②케이싱: 부하차단시 급격한 수압상승에 견딜수 있는 정도
③안내날개: 러너 바깥에 배열하여 유수의 방향을 조정하여 유량을 공급
④스피드링: 안내날개의 개도를 통해 유수량을 조절
⑤수량조절: 가이드 베인 개폐
(3)특징
①적용낙차 범위가 넓다
②구조가 간단하고 가격이 저렴
③고낙차 영역에서 펠톤 수차에 비해 수차 발전기가 소형
2) 카플란 수차
(1)원리: 유수가 러너의 축 방향으로 통과하는 수차
(2)구조
① 러너 : 유수를 축방향으로 흘려주는 편평형 날개와 수압과 원심력을
지지하는 vane boss로 구성
② 러너날개의 조작기구 :주축의 중심부에 구멍을 통해 압유를 보내어
조작봉을 움직여 각도를 조정
(3)특징
①비속도가 높아 저낙차 지점에 유리
②날개 분해가능하여 제작,수송,조립에 편리
③낙차,부하변동에 대해 효율 변화가 작다
④수량조절:날개형의 가이드 베인의 개폐로
3)사류수차
(1)원리:유수가 러너의 축을 경사진 방향으로 통과
(2)구조:프란시스수차와 카플란의 중간형태
(3)특징: ①변낙차,변부하에서도 수차 특성이 우수
②일명 데리아 수차로도 불리워짐
③수량조절:날개형의 가이드베인을 개폐하여 조절
④프란시스 수차에 비해 무구속 속도가 낮다
4)원통형 수차
(1)원리:횡축 또는 수평보다 약간 기운 사축으로 유수가 흐른다
(2)구조:수차와 발전기를 하나로 묶어서 원통형 케이싱에 설치
(3)특징: ①초저낙차용(3-20m) , ②동기발전기가 아닌 유도발전기를 사용
③조력발전소나 양수식 발전소에 적용
5)가역펌프수차
(1)원리:수차를 역전하여 펌프 작용을 하게한 것
(2)구조:러너모양, 수차보다는 펌프에 가깝다
(3)특징: ①전용펌프가 절약되고 구조간단,가격저렴
②철관,입구밸브가 각각 하나면 특수한 펌프축커플링 불요
③기계의 배치,취부간다
④현재 양수식에서 사용
(4)종류:프란시스형,사류형,프로펠러형
(5)특수설비가 소요됨: ①흡출관 수면 압하장치 ②러너 주수 냉각 장치
③하부커버 배수설비 ④누수 보급변
⑤역전대책이 필요:3극 2상 단로기,오일리프터,별치형 냉각기
4.수차의 적용 및 특성
1)수차의 적용
그림
(1)프란시스수차: 화천,소양강,충주댐
(2)카플란수차: 청평,의암,춘천댐
(3)원통형수차: 팔당댐
2)비속도의 낙차에 대한 한계곡선
그림
3)각 수차의 효율특성
그림
문제6-1)다음 괄호안에 알맞은 용어를 쓰라
문1) 전수두를 모두( 속도수두 ) 로 바꾸어 분사수로 만들어서 이용하는 수차를
(팰톤수차 ) 라 하며, 이 구조는 유수를(노즐 ) 에서 러너주변의( 버킷 ) 에 분사 시켜 그( 충격 ) 으로 러너를 회전시키는 것이다
문2) 수차의 특유속도란 실제의 수차와 닮은꼴의 수차를 낙차 ( 1m ) 에 ( 1kw )을 내도 록 가정 하였을 때의( 회전수 ) 을 말한다
문3) 수차의 특유속도는 수차의 (Ns=정격회전속도 ) 로써, 정해진 반동수차에서는
특유속도를 크게하면 운전중에 수차 내부에 (케비테이션 ) 이 나타나 그 부분이
부식한다.
따라서, 특유속도는(유효 ) 낙차에 대하여 어떤 한계내로하지 않으면 안된다
문4) 특유속도가 높다는 것은?의미를 기술하라 ( 수차러너와 유수와의 상대속도)
문5) 수차의 특유속도Ns는 아래값이하로 선정하는 것이 좋다
단,H는 유효낙차이다
1)펠톤수차의 Ns : 12 ≤Ns ≤ 23
즉, 수차에서는 유효낙차만 알면 곧 특유속도의 한도를 구할수 있다
문제6-2)다음 문제에 대하여 內를 적정용어를 기술하라
문1) 프란시스 수차의 수량조정은 수차의 (안내날개) 의 개폐에 의해 행해진다
부하가 급격히 감소하는 경우 수압상승을 조정하기 위하여 고낙차의 수차의
입구에(제압기) 을 시설한다
또 펠턴수차의 수량 조정은 수차의(니들밸브)로 하고 부하 급감시 회전수 및
회전수 및 수압의 상승을( 디플렉터) 로 조정할수 있다
문2) 반동수차에서 조속기는 부하변동에 응해서 서보모터를 동작시켜 프란시스 수차
에서는( 안내날개 )를, 카플란수차에서는( 안내날개)와(러너날개) 를 개폐한다
충동수차인 펠턴수차에서는(니들 밸브) 를 작동시킨다
또 부하가 급히 차단시 수압관 내의(수격작용) 를 방지하기 위해 펠톤수차에서는
( 디플렉터 ) 를 ( 반동 )수차에서는 (제압기) 를 조속기와 동시에 연동하여
동작할수 있도록 한 것이 많다
문3) 전기식 조속기 ( 속도검출부 )( 복원부) ( 증폭부 )등을 갖고, 이들을 배압밸브,
서어보 모우터등의 유압조작기구와 조합해서 만들어진 것이다
* 전기식 조속기는 전기적으로 회전변화를 검출하므로 기계적인 마모가 없다.
문) 수력발전소 낙차 10%저하,수차효율 10%저하시 출력비교
답)
1. P=9.8QHη∝Hη
∵수차에 유입하는 물의 유속v는
A는(안내날개의 개도)일정하므로
3. 1과 2에 의해
4. H가 10%, η가 10% 저하시 수차출력 P'는
=83%의 출력으로 저감됨
문제) 특유속도에 관하여 기술하라
답)
1.수차의 특유속도
1)정의:수차의 특유속도란 어떤러너와 기하학적으로 닮은 러너를 가상하여 이것을
단위낙차 1m의 위치에서 단위출력1kw을 발생하기 위한 1분당 필요한
회전수 이다
2)공식유도
2개의 상사형러너의 설계유량을 각각 Q1,Q2(m3/s)러너의 지름을 각각
D1,D2(m)낙차를 H1,H2(m)라 하면
(3) 출력 P=9.8QH에서
(4) 회전수
3)유효낙차-특유속도의 관계
4)특유속도의 적용
(1) Ns가 큰 범위
① 러너출구 직경이 커지고 난류 때문에 효율저하
② 흡출관도 크게 해야 하므로 러너 외측벽을 따라 물의 흐름에 무리가 생겨
경부하시 효율이 낮음
③ Ns가 큰 범위에서는 프로펠러 수차사용
(2) Ns가 작은 범위
① 러너출구의 직경이 작아지고 물의 통로가 좁아져서 러너와 고정부 사이에
누설이 커져 마찰손실이 증가
② Ns가 적은 범위에서는 펠톤수차 사용
(3) 저낙차 발전소(프로펠러수차)
유수의 속도가 낮아 Ns가 큰 형식의 수차가 아닐 경우 회전수 N이 낮아져서
수차 및 발전기가 대형으로 되어 경제성이 나빠짐
(4) 고낙차 발전소(펠톤수차): 유수의 속도가 커서 Ns가 적은 수차라도 경제적으로 지장을
주지 않음
5) 특유속도 특성
(1)주어진 낙차에서 Ns를 크게 하는 것이 러너직경을 작게 할수 있고
발전기 중량도 작아져서 염가 이기 때문에 유리
(2)같은 낙차에서 너무높은 Ns값을 채용하면
수차의 효율이 작아지고 케비테이션이 발생하여 날개가 부식,흡출관에 잡음과
진동이 일어나 운전상태가 나빠짐
6) 수차의 종류와 특유속도의 관계
|
특 유 속 도 |
한 계 치
|
특유속도 범위(m-kw) | |
수 차 종 류 |
| |||
펠톤수차 프란시스수차
사류수차
프로펠러수차 |
12≤Ns≤23 |
65-350 150-250 350-800 |
문제6-6)수차의 제압장치란?
답)
1.제압장치의 필요성
1)수차의 부하가 급감시 수차나 수압관에 이상수압이 가해지는
것을 피할목적
2)또, 이상수압을 피하기위해 수구를 서서히 폐쇄하면
수차의 속도상승이커짐
3)상기와 같은 수압상승과 속도상승 모두 두가지를 허용한도 이내
유지하기위해 과도적으로 수압의 조정을 행할목적으로사용
2.수차의 종류에 따른 제압장치의분류
1)펠톤수차의 제압장치
디플렉터 사용으로 수류를 편향시켜서 펠톤수차의 버킷에 물이 분사되지 않도록
하는 장치임
2)프란시스수차의 제압장치
①제압기를 사용함
②제압기는 수압관의 말단또는 수차케이싱에 부착되어 안내날개 및 서보모터와
연결됨
③이 제압기는 안내날개의 급폐쇄와 연동하여 수압관내의 물을 외부로 방출하며
부하가 서서이 감소할 경우 동작되지 않게 되어 있음
문제1)고낙차 카플란수차의 유리한 점과 불리한 점을 프란시스수차와 비교하라
답)
1.개요
1)수차는 물이 가지는 위치수두(H),속도수두(,압력수두세 종류의 에너지를
기계적 에너지로 바꾸는 장치
2)종래의 카플란 수차의사용범위는 낙차30(m)이하라고 생각하였고30(m)이상은
주로 프란시스수차를 사용했다
3)최근의 기술진보에 더불어 70(m)의 고낙차 용 카플란 수차를 사용하고 있으며
4)고낙차 카플란 수차 사용할 경우의 프란시스수차와 비교한 장,단점에 대하여
아래와 같이 기술합니다
2.고낙차에 카플란수차를 사용시 프란시스 수차에 비하여 장점
1)프란시스 수차에 비하여 고속도인 것을 사용할 수있어 발전기의 가격이 싸고
효율도 좋고 소형으로 되어 있어 발전소 건물비 이외에 비용시 싸다
2)사용유량과 낙차의 변동에 대하여 러너날개 각도를 바꿈으로서 고효율 유지할수
있다.따라서 유량이 변화하는 경우는 프란시스추차 2대와 똑같은 성능을
발휘할수 있어 경제적임
3)대용량 수차로 러너직경이 크게 되어도 러너보스와 날개를 나누어 수송할 수 있기
때문에 프란시스에 비해서 대유량의 것을 만들 수 있다
4)프란시스 수차의 러너는 한 덩어리로 주조하는 것이 보통인데 카플란수차에 비해
제작,다듬질이 곤란함
5)낙차변화가 큰 경우 프란시스수차에서는 저낙차로 되면 유량이 감소하여
출력이 아주 적어지나 카플란수차는 저낙차에서 안내날개를 크게 열고
다시 러너날개를 열어 유량의 감소를 보상해서 출력저하를 경감시킬수 있다
3.고낙차에 카플란수차를 사용시 프란시스에비해 단점
1)한장의 날개를 받는 출력이 크기 때문에 날개 이면에 생기는 최대부하가 크게
되어 캐비테이션 발생에 의한 지장을 방지하기 위하여 러너를
2)효율의 저하 때문에 흡출관 및 방수로물매에 어떤 제한에 있게
수차의 위치가 낮으면 경우에 따라서는 필요한 만큼의 방수로를 얻어
공사비가 많이든다
3)러너 보스내의 기구가 복잡해지고 강도 및 케비테이션의문제
고급재료를 필요가 생기므로 가격이 높아짐.
문제6-15) 펠톤 수차 또는 프란시스 수차의 어느 것이나 사용할수 있는 수력지점에서
수차종류 결정시 고려사항에 대하여 논하라
답)
1.물속이 점토등 이물질 많은 개소는 수구가 막힌다든가 러너의 마모,부식이 프란시스쪽이
심하므로 펠톤수차가 유리함
2.수차의 용량이 크면,프란시스 수차는 횡축기로 사용이 어렵다
펠톤수차는 일반적으로 횡축기로 기중기 규모등이 작어져 경제적으로 유리함
3.펠톤수차는 횡축기가 일반적으로 발전지점이 교통이 불편한 산간지역이면 점검보수에
서 유리함
4.발전계통 연결 부하 변동이 심하면 부분부하에서도 효율변동이 작은 펠톤
TYPE이 유리함
5.펠톤 수차를 사용시 수압관로의 수압상승률을 낮출수 있어 수압관의 중량을 절약할수
있어 펠톤 수차가 유리함
6.하천의 홍수수위가 높은 경우는 흡출관을 이용하여 상면을 높여 유효낙차의 손실을
줄일수 있으므로 프란시스가 유리함
7.동일중량,동일낙차에서는 회전수가 프란시스TYPE이 펠톤TYPE보다 더 크게 취할수
있어 프란시스가 펠톤TYPE보다 유리함
따라서 최근에는 프란시스 수차가 펠톤 수차의 영역까지 적용되는 경향도 있음
문)고낙차 카플란수차의 유리한 점과 불리한 점을 프란시스 수차와 비교하여 설명하라
답)
1.개요
1)수차는 물이 가지는 위치수두(h),속도수두(),압력수두() 세종류의 에너지를
기계적 에너지로 바꾸는 기계
2)수차의 종류는 충동형과 반동형으로 분류하며
①충동형:위치에너지→운동에너지(펠톤수차)
②반동형:위치에너지→압력에너지(프란시스,프로펠러,사류,펌프수차)
3)프로펠러 수차는 고정형과 가동형(kaplan)으로 구분하며 종래의 카플란 수차의
범위는 낙차 30(m)이하라고 생각하였으나 최근에는 70(m)이상의 고낙차에 대해서도
프란시스 수차대신 카플란 수차를 많이 사용한다
2.프란시스 수차와 비교한 장,단점
장 점 |
단 점 |
1)발전기의 가격이 싸고 효율이 좋으며 소형으로 비용이 적다 -프란시스 수차에 비해 고속도 사용 2)고효율 유지 -변낙차,변유량에 대한 러너 날개의 각도 조정 으로 고효율 유지 3)조립 수송이 가능 대유량 수차로 러너 직경이 크게되어도 조립,수송 가능으로 대용량 제작 가능 4)프란시스 수차의 러너는 한 덩어리로 주조하기 때문에 카플란 수차에 비해 제작,담금질 곤란 5)낙차 변화가 클 경우 ①프란시스 수차-저낙차시 유량 감소로 출력이 감소 ②카플란수차-저낙차의 경우 안개날개를 크게 열고 러너 날개를 열어 유량 감소 보상으로 출력저하 경감 |
1)러너를 방수로 수위에 대해서 상당히 낮은 위치에 설치 -날개가 받는 출력이 커서 날개 이면지 최대부하가 크게 되어 케비테이션에 의한 지장 방지 2)수차의 위치가 낮으면 방수로에 대한 공사비가 많이 든다 -효율의 저하 때문에 흡출관 및 방수로 물매 에 제한 발생 3)가격이 높아진다 러너 보스내의 기구가 복잡해지고 강도 및 케비테이션의 문제로 고급 재료의 사용으로 가격상승 |
문제12)수차발전소를 설계함에 있어서 수차 및 발전기의 회전수는 어떠한 관점에서
결정되는가를 설명하시오
문제13)수차의 회전속도 결정방법은?
답)
1.수차와 발전기는 직결되는 것이 보통이므로 양자는 회전수는 동일 취급
2.일반적으로 발전기는 회전수가 높을수록 경제적이므로 수차는 가능한 회전수가 높은
것을 선정함이 바람직함.
1)낙차(H)의 파악
2)H에 따른 수차의 종류 결정(펠톤,프란시스,사류,프로펠러)
3)유효낙차 파악
4)특유속도 결정
유효낙차에 따라 수차결정요소로 특유속도(Ns)사용
5)유량Q(m3/s)의 파악
6)이론수력 검토:P=9.8QH(kw)
7)수차 회전수 임시 설정
단,Ns:수차의 특유속도(m-kw), P:출력, H:유효낙차
8)동기발전기의 회전수 공식을 응용하여 7)과 비교검토함
p:극수
큰 쪽의 짝수를 구함
(ex, p'=2.3정도이면 극수p를 4극으로 정함)
10)최종적으로 수차발전기 회전수를 설정함
上記 8)의 극수 p를 산출한 결과에 의해
3.수차의 종류와 낙차,특유속도의 관계
문제14)수차의 회전수가 규정회전수보다 저하시 어떤영향이 있나?
답)
1.발전기 주파수가 저하됨
2.일반적으로 효율이 저하됨
3.회전수가 현저하게 저하되면 조속기에 의한 속도조정이 원활치 못함
4.일반적으로 기계적 불형형에 의한 진동은 감소함
5.발전기 주파수 저하에 따라 펌프기타의 부속설비 능력의 저하
문제6-14)수차 러너에 부식을 일으키는 원인과 방지대책을 쓰라
답)
1.원인
1)화산의 유역등에서 금속을 부식시키는 화합물을 물이 함유한 경우
2)설계제작 불량으로 수조에서 공기의 기포를 흡입한다든가 또는 공동현상에 의한
발생기의 산소에 의한 부식
3)유입 토사에 의한 물리적 마모
4)물속의 전해질과 이질 금속에 의한 전기적 화학 작용
2.방지방법
1)러너에 니켈, 포금 또는 인청동 등의 특수 금속을 사용해서 물속의 함유된
부식화합물질에 대처함
2)기포의 공동현상에 의한 산소등 원인으로 부식을 방지위한 방법
①수조에서 기포 흡입시키지 않도록 수조설계 시설
②수차와 유효낙차 적용 범위 준수
③수차의 특유속도를 과대하게 잡지말것
④흡출관의 높이를 과대하게 하지말것
⑤부분 부하에서 수차를 운전하지 말것
3)유입토사가 부식 촉진하므로 수로 공작물 각부에서 배수를 철저히 할 것
4)러너의 금속과 他 금속이 전지를 형성하여 상호간에 기전력 발생으로 순환전류가
생기는 일이 있다. 이때 전류의 유출부분의 금속이 부식되므로 이에 대한
대책을 수립 시행함.
문제13-1)최대 사용수량 및 유효낙차가 주어진 수력발전소를 설계함에 있어서
수차발전기의 단위용량을 크게해서 대수를 적게하는 경우와 단위용량을
작게해서 대수를 늘리는 경우와의 득실에 대하여 설명?
답)
1.단위용량을 크게 해서 대수를 적게할 경우의 득실
1)기기의 단위용량을 크게 하면 우선 건설비 단가는 싸짐
2)대수가 적으면 건설기간도 단축되어 경제성이 높아짐
3)대용량기는 소용량기에 비해 일반적으로 효율이 높아서 유리함
단, 부분부하 운전시는 효율 저하가 클 수도 있다
4)대수가 적으면 운전 유지비가 싸진다
5)단위용량이 커지면 그만큼 발전기 고장시 공급지장량 커짐
2.단위용량을 작게해서 대수를 많게한 경우의 득실
1)유입수량이 변화하는 지점에서 항상 고효율 운전을 유지하려면 대수를 많이
하는 쪽이 상황에 맞추어 운전대수를 조절할 수 있어 유리함
2)사고 발생시에도 공급지장을 줄일수 있으며 또한
보수점검시에도 융통성이 있음
3)대수를 많게 하면 건설비 및 운전유지비가 비싸져서 그만큼 발전원가가
높아질수 있음
문제15)초저낙차 발전기에서 원통형 프로펠러 수차와 유도발전기를 직결하여
사용할 경우 장,단점을 논하라
답)
1.개요
1)초저낙차 지점의 발전기 치수: 수차발전기의 회전속도는 낮아지고 발전기의 치수는
커짐
2)초저낙차용 발전기로서 유도 발전기 채용하는 사유
①동기발전기에 비해 유도 발전기는 소형,경량
②운전,보수도 간단
2.유도 발전기의 장점
1)정류자나 브러시의 점검보수를 필요로 하는 여자기나 복잡한 자동조정장치 등이
필요없어 발전기 소내 설비가 간단해짐
2)동기화를 위한 조정장치 수차 조속기가 필요없어 기동,운전,제어가 간단함
3)유도발전기의 회전자는(농형으로) 구조가 간단하고 튼튼하여 고속회전에 견딤
4)유수로 내에 설치하므로 손실수두가 적다
5)발전기의 소형경량화로 설치 공사등이 간단
6)원통형 프로펠러수차는 무구속 속도가 他 발전기 보다 높아 유도 발전기는 이런
속도 상승에 견디도록 속도상승을 높게 잡을수 있어 수압상승이 경감되고
7)선로에 단락사고가 발생시 단락전류의 감쇄가 빠르고 단락전류가 지속하지 않는다
3.유도발전기의 단점
1)유도 발전기는 반드시 타 동기 발전기와 병렬운전하여 여자전류 공급을 받음
따라서 단독 발전 능력이 없고 전압,주파수의 제어도 안됨
2)병렬 운전하는 계통에서 여자용 무효전력을 공급 받으므로 계통의 역률 및 전압을
저하 시킴 특히 경부하시 역률 저하가 심하여 보상용 콘덴서를 사용해야됨
3)부하에 의하여 역률이 정해지므로 동기기와 같이 역률의 조정이 불가능
4)계통에 병렬연결시킬때 큰 충격전류가 흘러 계통에 충격을 줌
5)계통에 발생한 단락사고로 발전기 전압이 떨어질때 일주하기 쉽다
6)고정자,회전자 간의 공극이 동기기에 비해 작으므로 취급상 주의가 필요한
불편하고 수밀구조가 되어야 됨
문제5) 기력 발전소 공해 방지 대책으로서 탈유장치(SOX제거)와 탈초장치(NOX제거)에 대해서 설명하라.
1. 개 요
화력발전소는 연료를 연소시켜 발전 연료 연소후 SOX, NOX, 회검뎅(Soot)등의 공해 물질이 발생, 지구 온난화 오존층 파괴 산성비 해양 오염등이 발생 환경 규제는 더욱 강화될 전망이다.
2. 탈유장치(유황단화물 제거)
1) 중질유 탈유
(1) 연소전 연료단계에서 유황분을 제거하는 방법
수소화 탈류법은 유황분을 대략 30~40% 제거가 가능
2) 배연 탈유
(1) 연소후에 배출가스에 포함될 유황 산화물을 제거하는 방법
배연 탈유법으로 승식법과 건식법이 있다.
흡수공정 : CaCo3 + So2 + ½H2O -> CaSo3 ・ ½H2O + Co2
산화공정 : CaSo3 ・ ½H2O + ½O2 + H2O -> CaSo4, 2H2O
3. 탈조장치, 질소산화물 제거
(1) 단계별 대책
① 질소 산화물 양을 억제하는데 연료 단계에서 질소 함유량을 될 수 있는데로 감소 시킬 것.
(연료개선)
② 연소단계에서 NOX 발생을 적게 할 것 (연소개선)
③ 배출 가스에 포함된 NOX 제거 시킬 것 (배연탈초)
의 3단계에서 대책을 세우고 있다.
(2) 특 징
① 연소에 의해 발생하는 질소산화물(NOX)의 95%가 No이고 나어지가 No2 이다.
② NOX 제거는 SOX 제거보다 기술적으로 어려워 현재 일부에서 실용화 단계이다.
③ 배연탈초 법에도 건식법과 승식법에 있는데 프로세스가 비교적 간단 암모니아를 환원제로 사용 선택적 촉매 환원법이 사용된다.
④ 탈초 반응식은 다음과 같다.
4No + 4NH3 + O2 -> 4N2 + 6H2O
2No + 4NH3 + O2 -> 3N2 + 6H2O
4. 탈유 탈초 장치의 배치도
먼지제거 |
반응공정 |
산화공정 |
굴뚝으로 |
탈 수 |
석 고 |
그림1. 탈유 장치도
문제6) 열병합발전의 열 ENERGY 이용순서 및 열병합발전 필요성
1. 개 요
열병합발전은 연료를 연소시켜 전기생산외에 전기발생과정에서 생성되는 열과 증기를 다른목적에 사용 열효율 향상 및 원가절감을 도모하는 CO-GENERATION 발전이다.
2. 열 ENERGY 이용순서
1) TOPPING CYCLE
연료연소로 생성된 ENERGY를 전력생산에 이용후 폐열 잉여 열ENERGY를 이용하는 방식(많이 사용함)
연 료 |
BLR |
열이용 |
(그림 1. TOPPING CYCLE )
2) BUTTOMING CYCLE
증기를 열 ENERGY로 사용후 여열이나 산업공정에서 발생하는 폐열이용 전기를 생산하는 방식
연 료 |
BLR |
열이용 |
(그림 2. BUTTOMING CYCLE )
3. 열병합 발전 확대 필요성
1) 국가경제성
(1) ENERGY 종류 다원화 값싼 연료사용으로 국가경쟁력을 키울수 있다.
(2) 연료로서 석유, 석탄, LNG, 산업폐기물, 쓰레기 이용이 가능.
(3) 열병합 발전 열 이용으로 개별난방설비, 설치비가 감소
2) ENERGY 효율성
(1) 기존 발전방식보다 열효율을 높일 수 있다.
(2) 예) 서울화력의 경우 열효율 37% 정도에서 열병합 발전으로 개선시켜 종합 열효율을 70.4%까지 상승시켰다.
( 그림3. 복수식 발전 ) ( 그림4. 열병합 발전 열 정산도 )
(3) 각방식 열 정산도
① 복수식 η= 100 = 38%
② 열병합 η= 100 = 87%
4. 환경 친화성
1) 열병합 발전은 연료사용의 감소, 공해방지시설 집중관리로 환경이 개선.
2) 열병합 SYSTEM은 열수용량을 단일PLANT에서 생산, 각가정 개별난방에 비해서 공해를 줄일수 있다.
3) 수도권 일원 열병합 잘전소는 청정연료 사용으로 환경파괴 방지.
5. 향후전망
최근 수도권 일원에 열병합 건설 운영으로 공해방지 ENERGY 수입 절감효과 등이 있으나 아직 우리나 라 시설용량 5,000KW의 극히 일부분이므로(3%) 열병합 발전은 지속 건설해야 한다.
문제 7) 대용량 화력 발전 공해 대책
1. 개 요
우리나라의 대용량 화력발전소는 대부분 유연탄 연소방식으로서, 연소 후 발생하는 배연, 분진, 유해 가스(SOx, NOx)등이 주된 환경장애 요인으로 나타나고 있다. 이밖에 화석연료의 연소시 발생하는 CO2 는 독성가스는 아니나 지구온난화의 주된 원인으로서 최근 많은 관심을 모우고 있다. 이들 중 SOx의 농도가 가장 큰 문제로 제기되고 있고 앞으로 환경규제는 더욱더 강화될 전망이다.
2. 종 류
1) 황산화물(SOx) : SOx의 발생은 전적으로 연료자체에 포함된 황 함유량에 따라 결정된다. 석탄의 경 우 연소후 황 함유량의 약 95[%] 정도가 황산화물로 전환되어 배기가스(아황산가스(SO2)와 함께 대기 중에 배출되고 나머지는 재 속에 포함되어 배출된다. SO2는 인체에 유해할 뿐만 아니라 대기중에서 수분을 흡수하면 황산이 형성되어 산성비의 주된 원인이 되며 금속 및 건축물의 부식, 생태계 파괴 의 원인이 도기도 한다. 이 황산화물의 배출을 억제하는 방법에는 연소 전, 연소 중, 연소 후 처리 법이 있으나, 일반적으로 연소 전 처리법인 저유황 연료의 사용이 가장 효과적이며, 연소 후 처리법 으로서는 배가스 탈황방법(탈유장치)이 고려될 수 있다.
2) 질소산화물(NOx) : NOx의 생성은 연료 및 대기중의 질소성분이 연소 반응해서 형성되는데 이 NOx는 SOx와 같이 산성비의 원인 물질로 작용할 뿐만 아니라 햇빛과 반응하여 광 화락 스모그의 주원인이 된다. 이 NOx 배출을 중이기 위해서는 이 산화물이 생성경로를 이해하고 생성에 영향을 미치는 인자 를 생성이 억제되는 방향으로 조작하거나 이미 생성된 NOx를 화학적으로 처리(배연탈초)하여 제거하 는 방법이 있다.
3) 이산화탄소(CO2) : CO2는 연료의 질이나 양에 의하기보다는 총 발생 열량의 크기에 비례해서 배출되 는 특징이 있다. 현재 국제적인 규제의 움직임으로 “기후변화에 관한 협약”에 따라 CO2 배출량을 선 진국(OECD) 중심으로 2000년대에는 90년 수준으로 동결할 계획으로 있다.
4) 분 진 : 발전설비로부터 발생되는 분진은 연료의 연소후 남은 재가 굴뚝을 통해 배출되는 경우화 석탄의 저장, 취급 설비에서 발생하는 비산먼지 등이다. 분진은 SOx나 NOx와 같이 유해한 성분은 아 니나 농도가 높을 경우 생활의 불편이나 상품의 가치하락 등 사회적인 영향을 미칠 수 있다. 배출분 진 억제대책으로서는 고성능 전기집진기의 설치가 필수적이다.
3. 향후전망
석탄은 부존량이 풍부하여 장기적으로 가장 안정적인 발전 연료원이 될 것으로 기대되고 있으나. 앞 으로 급격히 강화될 것으로 예상되는 각종 환경조건의 규제에 대비하기 위하여 이른바 석탄의 청정 (Clean)화 기술이 본격적으로 연구개발되어야 할 것이다.
실례로는 외국의 경우에는 석탄의 가스화 기술 및 가압유동충 연소기술 등 청정연소기술이 실용화되 어 보급 확대되고 있는 추세이고 우리 나라에서도 석탄의 가스화 기술을 개발하기 위한 실험 플랜트의 건설이 추진되고 있다.
문제8) 민간용 열병합 발전 SYSTEM이 갖는 ENERGY 경제성
1. 개 요
열병합발전은 연료를 연소시켜 전기생산외에 전기발생과정에서 생성되는 열과 증기를 다른목적에 사용 열효율 향상 및 원가절감을 도모하는 CO-GENERATION 발전이다.
2. ENERGY 효율성
1) 종래형 발전 열효율
η=
2) 열병합 발전 열효율
η=
3) 각방식의 열정산도
( 그림1. 종래형 발전 ) ( 그림2. 열병합 발전 )
3. 민간용 열병합(예)
1) 개 요
열병합 발전소나 열전용 BLR, 쓰레기 소각장 등과 같이 한곳에 집중된 대규모 열생산 시설에서 일정 지역내에 냉난방, 급탕열을 배관을 통하여 일반에게 공급하는 방식.
2) 우리나라 1985년 서울 목동을 시작으로 수도권으로 확대됨.
3) 열효율 종래 38% 정도에서 85% 상향시킴.
문제9) 60[㎐] 2극 200,000[Kw]의 TBN 발전기가 운전시 계통주파수가 60.2[㎐] 상승시 발전기 출력은 몇[Kw] 감소하는가 ?
1. 속도조정율은 정격회전수 N, 무부하 회전수 N0
ε =
2. 회전수와 주파수는 비례 관계이므로
f0 = f ( 1 + ) = 60 ( 1 + ) = 62.4[㎐]
3. 속도조정율이 직선이므로 0.2[㎐] 상승시
200,000 × = 16.667 [Kw] 만큼 감소한다(주파수 상승했으므로)
∴ 200,000 - 16.667 ≒ 183.33[Kw] 감소