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[열역학] 발전소소개및 효율개선 평가A좋아요

졸 업 논 문발전용 Boiler의 효율 개선 방법소속 : 항공기계공학부 기계공학과학번 : 9804-150이름 : 이 진 석1. 한국 표준형 발전소 Model 개요⑴ 발전용량가. 1 Unit당 발전용량은 500MW급으로 사용연료는 대부분 유연탄 전소방식이며 향휴 연료 수급사정을 감안하여 중유 전소 및 혼소가 가능하도록 되어 있다.① 정격 출력 (NR : Normal Rating, 500MW): 저압터빈 배출압력 38mmHg, 보충수량이 0%일 때 최대 터빈 효율을 낼 때의 출력이고 명판 출력임.② 연속가능 출력(CR : Capability Rating): 저압터빈 배출압력 64mmHg, 보충수량이 1%인 조건에서 보증가능한 최대 연속운전시의 출력③ 밸브 전개시 출력 (VWO : Valve Wide Open, 550MW): 정격출력시의 조건에서 터빈제어밸브 전개시의 최대출력⑵ 계통설명가. 증기 발생기(Steam Generator)증기 발생기는 평형통풍식, 관류형, 초임계압, 반옥외형이 대부분이며,미분탄과 향후 필요시 중유의 전소 및 미분탄과 중유의 혼소가 가능하며, 증기조건은 과열기 출구에서 증기압력 255㎏/㎠, 증기온도 541℃로서 터빈발전기의 최대 출력 이상으로 증기를 발생한다.나. 터빈 발전기① 터빈 발전기는 직렬배열, 3600rpm, 단류 고압터빈 및 중압터빈, 2개의 복류저압터빈을 갖는 1단 재열, 재생 및 복수식으로써 급수가열을 위해 8단 추기를 한다.② 발전기는 완전 밀폐형의 원통구조로 고정자는 수냉식, 회전자는 수소 냉각식의 동기 발전기로써, 정격전압 22KV, 3상, 2극, 60Hz, 최대 정격용량 612MVA를 낼 수 있다.다. 터빈 바이패스 계통① 터빈 바이패스 계통은 일일 기동, 정지 운전 및 주기 운전에 대비하여 기동시간 및 부하응동시간의 최소화, 보일러 및 터빈의 독립운전, 고형입자에 의한 터빈 블레이드의 침식 방지, 계통 과도 현상에대한 안정성을 향상시키기 위한 설비이다.② 고압터빈 바이패스 계통은 고압 터빈을 우회하여 저온 재열 증기를 덤프시키며 보일러 용량의 100%용량이다.③ 저압터빈 바이패스 계통은 중압 및 저압 터빈을 우회하여 복수기로증기를 덤프시키며 65%용량이며, 나머지 여분의 증기는 안전밸브를통해 대기로 방출된다.라. 보일러 급수 펌프① 정상운전중에 사용되는 2대의 보일러 급수 펌프는 보조터빈 구동방식으로 1대당 55%용량이며 지상층에 설치 된다. 기동시나 비상시에 운전 되는 모터구동방식의 펌프는 25%이다.② 보조터빈은 횡형, 직접연결식, 가변속 및 비추기 복수식이며 사용된증기는 주 복수기로 배출된다.마. 석탄 취급 계통바. 점화 연료 계통표준화력발전소에서는 미분탄연소시 점화용 연료로 경유를 사용하며 경유는 경유 저장 계통과 경유 공급계통으로 구성된다.사. 회처리 계통회처리 계통은 저회와 비회 계통으로 구성되어 있으며 저회(Bottom Ash)와 비회(Fly Ash)의 성질이 상이하기 때문에 분리하여 취급한다.저회는 보일러에서 생성된 큰입자의 회이므로 물이 채워져 있는 호퍼에서 분쇄되어 수압으로 회사장으로 보내져 처리 되며, 비회는 전기집진기에 의해 포집되어 처리 된다.아. 순수 제조 계통자. 복수 및 급수 계통① 복수 계통은 터빈 배기와 급수 펌프 구동 터빈의 배기를 복수기에서응축시켜 모여진 복수를 복수펌프에 의해 복수 탈염장치 및 급수 가열기를 거쳐 보일러로 보내는 계통이다.② 복수 및 급수 계통에는 효율의 향상을 위해서 급수가열기가 설치되어 있다.차. 순환수 계통순환수 계통은 복수기에 냉각용 해수를 공급하는 설비로서 순환수 펌프에 의해 복수기로 유입된 해수는 냉각작용을 마치고 다시 바다로 배출 된다.카. 전기 계통타. 송전 계통22KV로 발전기에서 생산된 전기는 다시 345KV롤 승압되어 송전선로를 통해 공급되어 진다.파. 공해 방지 설비발전소에서 발생되는 분진, 유황산화물 및 질소 산화물의 배출을 환경보전법에서 요구하는 기준치 이하로 유지하기 위해 저온식 전기 집진기와 탈황설비가 설치 되어 있다.2. 보일러 열 효율과 개선 방안⑴ 보일러 열 효율가. 보일러 열 효율보은 보일러의 입력으로 들어가는 Energy가운데 몇 %가유효한 Energy로 출력되는가를 나타내는 것으로서, 산정방법으로는 크게 입출력법과 열손실법의 2가지가 있다.나. 산정방법① 입출력법: 보일러에 입력된 전체 Energy와 유효하게 사용된 에너지와의 비를백분율로 환산하는 방법이다.: η ={ 보일러 출력} over {보일러 입력 } TIMES 100(%)② 열손실법: 보일러에 입력된 전체 Energy에서 각종 손실을 빼내서 산정하는방법이다.: η ={ 보일러 입력-보일러 열손실} over {보일러 입력 } TIMES 100(%)다. 보일러의 Heat Balance라. 발전소의 열 흐름도⑵ 보일러 열 효율 개선 방안위의 발전소 열 흐름도에서 보았듯이 실질적으로 손실이 가장 크게 발생하는 곳은 복수기이나 보일러에서 발생하는 손실이 아니므로 보일러에서발생하는 손실을 중점적으로 연구해 보기로 한다.가. 잠열 회수 기술의 향상보일러의 효율을 높이기 위한 하나의 방법으로서 연소용 공기를 예열 시키거나 급수를 예열시키는 등을 위하여 연소배기가스로부터 열을 회수시키는 방법은 종래부터 적극적으로 행하여져 오던 기법중의 하나 이며, 이러한 경우 Air Heater나 Economizer에 의한 열회수에서 각 조 건에 따라 다르게 나타나나 수%정도의 효율향상을 기대할 수 있다.더욱이, 연소배기가스의 온도를 저감시킬 수 있다면 저위발열량을 기준 하였을 경우 배기가스중에 함유되어 있는 수증기의 보유잠열를 회수 시킴으로서 보일러의 효율을 약 100%전후까지 얻을 수 있으나, 일반적 으로는 재질상의 문제로부터 거의 검토되고 있지 않다가 근래 이를 이 용한 실용화 기술이 한창 추진되고 있다.연소배기가스의 노점은 연료와 공기비에 따라서 다르게 나타나며, 액체 연료인 경우에는 유황분 (S)이 함유되어 있으므로 연소배기가스의 온도 를 노점이하로 낮추면 저온부식이 일어나기 때문에 배기가스온도를 150∼170℃ 정도로 억제시키는 경우가 많다. 이 방법은 설비를 변형시키지 않는 한에서 설비의 운전가장 확실하게 보일러의 효 을 향상시킬수 있는 방법이다. 그러나, 발전소에 사용되는 보일러는 급전 계통사정상 출력을 조절해야 하므로 운전조건에 따라서는 사용할 수 없는 방법이다. 다음 표에서 보둣이 급수 온도를 올리게 되면 연료소비량이 줄어들어 보일러 효율의 향상을 기대할 수 있다.그러므로, 잠열 회수 방법을 향상 시키려면 설비 향상의 측면도 중요하지만 설비를 관리하고 운전하는 관리자의 능력이 더욱 필요하겠다.나. 저 공기비 제어를 이용한 방법연소설비의 배기가스로 인한 손실대책으로서 연소배기가스중에 함유되 어 있는 잔존산소를 검출하여 공기비를 제어시키는, 소위 O₂ Trimming 방법이 있다. 이것은 근년에 와서 가격이 저렴하고 신뢰성 이 높은 질코니아 소자(素子)를 응용한 O₂ 센서가 개발되어짐과 더 불어 에너지절약화로의 요청이 높아짐에 따라서 실현된 방법이다.연소용 공기제어방식으로서는 급기팬 전동기의 회전수를 제어시키는 방법과 Damper의 미세한 조정을 행하는 방법 등이 있으나 이 방법은불완전 연소에 의한 유독가스 발생과 환경오염의 영향등으로 인해 제약을 받는 방법이다. 그러나 저 Nox버너의 개발과 탈황설비의 도입등 으로 인해 활용도가 높아질 수 있는 방법이다.특히 연료의 완전연소조건에 맞는 한에서 공기비를 제한한다면 배기가스로 인한 손실을 덜 수 있을 뿐 아니라 전동기의 부하를 덜어 줌으로서 소내 전력 감소로 인한 전체 효율 향상에도 도움을 줄 수도 있는방법이다. 이 역시도 설비 운전자의 능력에 따라 많이 좌우 되는 방법이라고 할 수 있겠다.다. 보일러 과열 저감수의 사용량을 줄이는 방법보일러 과열기나 재열기의 온도가 급격히 설정온도 보다 상승할 경우보일러 급수 펌프출구나 Economizer 입구측에서 추기하여 사용하는 과열 저감수를 이용하여 온도를 맞추게 되어 있는게 표준화력 설비의 공통적인 특징인데, 이 과열 저감수를 과도하게 사용하면 재질의 약화는물론 효율향상에도 별로 도움이 안 된다고 할 수 있게다. 따라서 설비를 운전하면서 때에 따라서는 사 지나친 사용을 피하고버너제어를 좀 더 세밀하고 조절해 준다면 과열 저감수의 최대한 줄일수 있으므로 효율 향상에 도움이 될 것이다.라. 연료의 고온 건조 및 연소연료중 미분탄은 Gas Air Preheater를 이용하여 만들어진 고온의 공기를 이용하여 건조시켜서 연소 함으로서 미분탄내의 수분을 최소화 시킴으로서 수분으로 인한 손실을 최소화 시킬수 있다.또한 연소용 공기와 액체연료를 로내의 고온연소가스로 희석시켜 연소를 행하는 것으로 공업로를 포함한 가열장치의 열효율향상, 전열속도개선의효과를 가져 올 수 있으므로 연료를 가열시키는 것이 열 효율 향상에도움이 된다고 할 수 있겠다.마. Gas Air Preheater의 설계 및 재질 변경Gas Air Preheater는 고온의 배기가스를 이용하여 연료 이송용 공기와연소용 노내 공급공기를 가열 하는 장치로 배기 가스에 붙은 Ash가 누누적되면 당연히 열 전달 면적이 떨어지고 열 손실이 늘어 열 효율이떨어지게 된다. 지금 현재는 Soot Blower(제매기)를 통해 표면의 Ash의고착분을 떨어내고 있으나 국부적으로 고착되는 것까지는 막을 수는 없 으며 누적되면 내부 화재의 발생원인으로도 작용할 수 있으므로, 내부 전열핀의 설계와 재질을 변경함으로서 고착을 막을 수 있고, 열전달율을높혀 열 효율 향상을 꾀할 수 있으리라 본다.바. 연료의 완전연소미분탄을 사용하는 보일러에서는 연료의 불완전연소가 수시로 발생하여이로 인한 손실을 방지하기 위하여 버너의 최상층에 과잉공기(Over Fire Air)를 공급하여 완전연소를 도모한다.그러나, 과잉공기를 지나치게 공급하게 되면 급기팬의 소모 동력을 증가시켜 보일러 효율은 증가할지는 모르나 전체 효율을 감소시키게 되므 로 석탄의 성상에 따라 알맞은 공기를 공급해야만 한다.사. 보일러 전열면의 배치 방법 변경지금 현재 표준화력에서 채택되기 시작한 나선형 배관 전열면은 열 전달면적을 향상시킴으로서 열 효율향상에 도움을 주는 형태이다.보일러의 버너형태를 고려하여 적절하게 나선형 배관형태의

공학/기술| 2001.10.29| 18페이지| 1,000원| 조회(1,530)

발전소, 효율, 효율개선

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과학혁명의 구조를 읽고서 평가A좋아요

과학 혁명의 구조를 읽고서나는 과학과 철학이라는 수업을 들으면서 과연 내가 공학을 왜 배우고 있고, 과연 공학의 기본이 되는 과학의 존재가치에 대해 생각해 보았다. 과학은 지금까지 많은 오류와 실수를 수정해 가면서 점차 축적되어 가면서 지금까지 내려온 역사의 산물로만 느껴졌다. 수업을 시작하면서 과학의 역사에 대해 또 철학자에 대해 배우면서 그런 느낌은 더욱 강해 졌다.그러나, 지금 이렇게 과학 혁명의 구조 란 책을 읽으면서 그런 의문점이 다소 사라졌다. 대신 과학이란 과연 합리적인가? 라는 질문에 대해 더 애착이 가게 되었다. 과연 우리가 믿고 있고 인류를 지금 까지 끌고 온 과학이라는 것이 반드시 옳은 신의 섭리같은 것일까 하는 의문이었다.그런데, 이 책을 읽으면서 초반에는 과학이 매우 비합리적이라는 생각이 먼저 강하게 들었다. 저자는 과연 과학 철학을 연구하는 사람으로서 과학의 합리성을 이렇게 강하게 부정하는 투의 말을 할 수 있을까 하는 정도였다. 뭐라고 할까? 지금까지 과학 책에서 봐왔던 위대한 과학자 아인슈타인마저도 자신의 이론을 내세우기 위해 새로운 도전자의 이론을 강하게 부정했던, 즉 갈릴레오 갈릴레이를 사지로 내몰았던 그 때 그 교황과 똑같이 치부했던 것 같다. 자신이 생각하는 패러다임을 절대적으로 옳다고 믿었던 그 교황과 같은 고집쟁이같이 치부했던 것이다. 적어도 상대성 이론을 집필했던 그의 공로는 인정하지 않는다고 쳐도 말이다.그런데, 과학이 발전해온 역사를 보면서 아인슈타인도 그 이론에 새로운 패러다임을 내놓고 도전한 사람들조차도 결국 과학의 발전에 유익한 위기를 초래한 사람이고 그 결과적으로 과학혁명을 일구는데 지대한 공헌 즉, 새로운 패러다임의 도출과 그 패러다임의 구 시대의 패러다임을 대체하는데 한 몫을 담당했다고 서술한 저자의 내용을 보면서 정상과학과 새로운 패러다임의 도출, 과학혁명 그리고 진보의 순으로 이루어진 과학혁명의 구조에는 순서가 있음을 알게 되었다. 그럼으로서 저자가 과학의 합리성을 부정한 것이 아니라 그 합리성을 냉정하게 수술대에 올려놓고 난도질 했음을 안 순간 참 이 사람의 철학적 분석력에 혀를 내두르게 되었다. 사실상 이 책을 읽고 읽는 순간 참 난해한 내용에 일단 혀를 내둘렀지만, 차츰 차츰 잘 읽어보고 내용을 음미해볼수록 내가 생각하지 못했던 것에 대해 많은 깨달음을 얻을 수 있었다. 나는 이전까지 과학이란 것에 대해 크게 생각해보지도 않았거니와 과학철학과 과학사, 과학철학자가 있다는 것에 대해 생각해보지도 않았다. 과학은 단순히 인간의 지적 호기심과 편이를 위해 제공된 인간 역사의 산물이라고 보았던 것일까? 이 책을 읽으면서 과학이라는 것에 대해 다신 한번 생각해 보게 되었다. 과학이라는 것이 일단은 그 시작은 매우 단순한 원리에서 출발하여 그 당시 사회상황에 맞추어서 패러다임을 형성하고 발전하는 과정에서 그 패러다임을 위협하는 위기가 도래하고 그 위기를 극복하기 위해 많은 과학자들이 패러다임을 옹호하고 연구하는 과정에서 새로운 패러다임을 야기하는 문제가 제시되며, 결국은 새로운 패러다임이 도출된다. 그러나, 그 새 패러다임은 그 당시에는 인정을 받지 못하다가 차츰 차츰 재 분석과정에서 그 실효성과 이론의 당위성을 인정받으면서 점차 영역을 확대해 나가면서 차차 반대론자들을 설득시켜나간다. 결국 극소수의 반대론자들을 남겨놓고 구 패러다임은 새 패러다임으로 대체된다. 이런 사실을 도대체 생각해 내기위해 얼마나 많은 생각을 해야만 했을까 하는 생각에 소름이 끼치기도 한다. 그런데, 이런 새로운 패러다임 조차도 구시대의 패러다임을 전적으로 무시하는 내용이 아닌 보완하는 내용의 방향으로 설정된다는 사실을 읽고 나서 과학이 그렇게 맹목적으로 새로운 것만을 추구하는 것이 아니라는 사실도 알게 되었다. 비록 산소를 플로지스톤 이론도 결국 새로운 이론의 바탕이 됐다는 사실에서 말이다. 이런 과학의 발전이 내가 생각한 비효율적이고 비생산적인 축적식 방법으로 이루어진 산물이 아니라는 것이 과학의 합리성을 증명하는 것이 아닐까? 과학은 세월만 흐르고 새로운 과학자들이 새로운 이론을 들고 나와 낡은 이론을 대체하는 식의 그런 짜집기식이 아니라는 생각이 들었다. 그러나, 새로운 패러다임이 옳은 것이라는 강력한 증거가 나올때까지 구시대의 패러다임이 잔존한다는 사실은 과학이 그만큼 고지식한 것이 아닐까 하는 생각이 들었다. 그런데, 이 말을 들으니 이해가 갈만도 했다. 과학자들은 퍼즐을 푸는 사람들이지 그 퍼즐의 모양을 제시하는 사람들이 아니라고 한다는 말이다. 당연히 퍼즐을 풀면서 자기가 하고 있는 퍼즐풀이 방법이 옳지 않다고 해서 쉽게 바꾸긴 어려울 테니 말이다. 그러니 지금은 당연하다고 믿고 그 어떤 누구도 의심하지 않는 지동설의 당위성을 그 옛날 사람들은 강하게 부정하고 자기가 믿고 있었던 천동설이라는 패러다임을 지동설이라는 새로운 패러다임으로 바꾸기 위해 많은 시간과 희생이 따랐을 것이다. 플라톤의 사상과 아리스토텔레스의 사상으로 출발한 과학이 이렇게 많은 위기와 혁명을 거치면서 결국 그 당시에는 불가능 했을 것이라는 것을 차차 가능하다고 믿는 새로운 패러다임으로 바꾸는 과정은 실로 놀랍다. 지금 내가 불가능하다고 믿는 시간여행이나 광속비행도 언젠가 가능하고 실현 가능하다는 것을 이 과정에서 믿게 되었다. 그 옛날 인간이 지구에서 벗어나는 것은 불가능 하다고 다들 믿었다. 하지만 시간이 흐르면서 그 가능성이 제시되고 그 가능성을 입증하기 위한 토대가 차차 마련되기 시작하면서 인간은 결국 달에 오를 수 있었고, 지금은 지구 주위를 거대한 유인 우주선이 떠다니고 있다. 이런 과학의 놀라운 가능성은 합리적이냐 아니냐를 떠나서 과학이 인간이 도대체 얼마나 발전시킬수 있을것이냐는 문제에 더욱 초첨을 맞추게 해준다. 인간은 과학을 통해 지금껏 발전해 왔고 더더욱 발전할 것이다. 그 끝은 아무도 모른다. 아마도 지금 우리가 알고 있는 과학적 패러다임을 위협하는 위기가 도래할 것이고 새로운 혁명이 일어날 수 있는 가능성을 저자는 책에 제시해왔다. 나는 감히 과학이 합리적이냐 비합리적이냐에 대해서는 생각을 못할 것 같다. 너무나도 어렵고 난해한 문제이기 때문이다. 이 문제를 생각 하기 이전에 과학이 가지고 있는 목표가 무엇인지도 잘 모르겠다. 인류의 행복과 이익을 위해 과학이 존재하고 그 수많은 자연의 법칙이 수식이나 공식, 데이터화되어 있다면 그것은 인간의 짧은 생각일 것이다. 그렇다면 이 모든 것이 신의 섭리라고만 생각한다면 그것은 지나치게 종교적인 생각일 것이다. 다만 내가 이 책을 읽으면서 내린 결론은 과학이란 것은 결코 축적으로 발전해온 것이 아니라 수많은 위기와 혁명 속에서 나온 패러다임의 집합체란 것이다. 그 집합체는 지금도 계속 살아 있는 생물처럼 진보를 위해 아니 진화를 위해 끊임없이 노력할 것이라는 것이다. 그리고 인류가 지금까지 올 수 있었던 것은 과학의 혁명이라고 하는 일련의 사건의 해결로 말미암았다고 생각 할 수 있겠다.

인문/어학| 2001.10.19| 3페이지| 1,000원| 조회(1,698)

과학, 과학혁명, 구조

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