랭킨사이클

 

 화력발전 (火力發電, terminal power generation)이란 석유ㆍ석탄ㆍ가스등 연료의 연소에 의한 열에너지를 원동기에 의하여 기계에너지로 바꾸고, 다시 발전기를 회전시켜서 전기에너지로 변환시키는 일 및 그 설비. 화력발전은 원동기의 종류에 따라서 보일러와 증기 터빈을 쓰는 기력발전, 디젤 기관 등의 내연기간을 쓰는 내연력발전, 가스터빈을 쓰는 가스터빈발전, 가스터빈과 증기터빈의 조합에 의한 콤바인드 사이클 발전등으로 분류된다. 이 중 기력발전은 열효율이 높고 대출력에 적합하기 때문에, 사업용 화력발전 등에 가장 일반적으로 쓰이고 있다. 전력공급을 목적으로 한 화력발전은, 1882년 T.에디슨이 창립한 에디슨 전기회사가 뉴욕시에 발전기를 설치하여, 일반에게 전기공급을 한 것이 처음이다. 화력발전은 수력발전에 비해, 단기간 안에 원하는 장소에 설치할 수 있다는 장점이 있지만, 연료 자원의 고갈과 대기 및 수질 오염을 일으키는 단점이 있다.

 기력발전 (汽力發電)

 연료를 연소하여 얻어지는 열에너지를 보일러에서 물에 전하여, 고온ㆍ고압의 증기로 바꾼다. 이 증기는 증기터빈으로 유도되어, 그 내부에서 팽창하면서 터빈의 날개차에 회전력을 주어, 열에너지는 기계에너지로 변환된다. 증기는 팽창후 저온ㆍ저압이 되어, 터빈을 나와서 복수기 속에서 물로 응축된다. 응축한 물은 복수라 일컫는데, 펌프로 고압으로 가압되어 다시 보일러로 보내진다. 이리하여 물은 보일러와 터빈 사이를 순환하여 열의 흡수와 방출을 하는 열사이클을 구성한다. 이와 같이 가열ㆍ팽창ㆍ응축ㆍ승압을 하는 열사이클을 랭킨 사이클이라 한다. 위에 설명한 사이클에 사용되는 터빈을 복수터빈이라 한다. 이밖에 자가용 발전 등에서 증기를 응축시키지 않고 팽창을 중도에서 막아, 터빈에서 나온 배기를 공업 프로세스의 가열원등으로 이용하는 것이 있는데, 이와 같은 터빈을 배압터빈이라 한다. 랭킨 사이클에서는 터빈에 들어가는 증기온도ㆍ압력이 높을수록 열효율은 높다. 그 때문에 보통 증기온도는 포화증기온도 이상으로 가열된 과열증기가 사용된다. 또 터빈에서 팽창과정에 있는 증기를 일단 보일러로 되돌려, 다시 고온으로 가열하여 터빈에서 팽창시키는 재열방식도 일반적으로 채택된다. 재열은 한번만 하는 경우가 많지만, 재열을 두 번 하는 경우도 있으며 그것을 2단재열방식이라 한다. 증기압력은 대형의 기력발전소에서는 이른 바 임계압력(臨界壓力 : 게이지압력 )을 초과한 초임계압력의 증기가 사용된다. 또 터빈에서 팽창 도중에 일부만을 외부로 추출한 증기로 추기라 하는데, 이것으로 보일러의 급수를 가열하는 재생방식도 채택된다. 재생방식에서는 복수기에서 증기가 응축할 때에 순환수에 빼앗기는 열을 추기의 분만큼 감소시킬 수 있어, 사이클 효율을 높이는 효과가 있다.