급수 순환 방법에 따른 보일러(강제 순환식, 자연 순환식, 관류식 보일러)

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기력 발전에 사용되는 보일러는 급수 순환 방식에 따라 크게 강제 순환식 보일러와 자연 순환식 보일러로 구분됩니다. 각각의 보일러는 순환 방식과 압력 조건에 따라 장단점이 다르며, 발전소의 규모와 운전 방식에 따라 적합한 보일러 유형이 달라집니다. 이 글에서는 강제 순환식 보일러와 자연 순환식 보일러의 원리와 특징을 상세히 설명합니다.

Table of Contents

1. 강제 순환식 보일러

1) 원리

강제 순환식 보일러에서는 순환펌프를 사용하여 포화수와 포화증기를 강제로 순환시킵니다. 이는 자연 순환에 의존하지 않고 펌프를 통해 일정한 속도로 순환을 유지하며, 높은 압력에서도 안정적으로 작동할 수 있습니다. 강제 순환식 보일러는 다음과 같은 절차로 작동합니다.

급수 펌프에 의해 공급된 물이 드럼을 거쳐 증발관으로 들어갑니다.
증발관에서 물이 가열되어 증기로 변환되며, 생성된 증기는 과열기로 이동해 온도를 더 높입니다.
최종적으로 고온 고압의 증기가 터빈으로 전달되어 전기를 생산합니다.

2) 특징 (장점 및 단점)

높은 압력 가능: 자연 순환식 보일러보다 높은 압력에서 운전할 수 있어 효율적인 증기 발생이 가능합니다. 현재 강제 순환식 보일러의 사용 압력은 약 110 kg/cm², 증발량은 50~375 t/h 정도입니다.
고압 시스템: 자연 순환식에 비해 순환수가 빠르게 순환되므로 보일러의 응답 속도가 빠릅니다.
보일러 크기와 중량 감소: 높은 압력에서 작동하기 때문에, 보일러의 크기와 중량을 줄일 수 있습니다.
순환 펌프의 사용: 순환 펌프를 사용하여 강제로 순환시키기 때문에 에너지 소비가 증가하는 단점이 있습니다.
복잡한 설계: 자연 순환식에 비해 구조가 복잡하므로 유지보수가 다소 까다로울 수 있습니다.

2. 자연 순환식 보일러

1) 원리

자연 순환식 보일러는 중력과 밀도 차이를 이용해 순환을 유도하는 방식으로, 높은 압력 조건에서 물이 증발하여 증기로 전환됩니다. 자연 순환식 보일러는 일반적으로 드럼을 필요로 하지 않으며, 물이 자연스럽게 증기와 액체로 분리되어 순환이 이루어집니다.

급수 펌프를 통해 보일러에 물이 공급됩니다.
물은 급수가열기와 절탄기를 지나며 미리 가열됩니다.
가열된 물은 증발관을 통과하며 자연적으로 증기로 변환됩니다.

2) 특징 (장점 및 단점)

드럼이 불필요: 과열 증기가 직접 발생하므로 드럼이 필요하지 않아 설비가 간단하고 구조가 가볍습니다.
작은 보유 수량: 보일러에 보유된 물의 양이 적어 기동 및 정지 시간이 짧습니다.
간단한 연료비용 절감: 소형 보일러에서 복잡한 부속 장비가 필요 없으므로 설비와 운전 비용이 절감됩니다.
제어와 유지보수의 용이성: 구조가 간단하여 유지보수가 용이하고, 부하 변화에 신속하게 대응할 수 있습니다.
높은 압력에서의 효율성 감소: 높은 압력에서 증기 발생을 최적화하기 어려워 효율이 떨어질 수 있습니다.

결론

기력 발전용 보일러는 급수 순환 방식과 압력 조건에 따라 강제 순환식과 자연 순환식으로 나뉘며, 각각의 방식은 사용 목적과 운영 환경에 따라 적합한 유형이 다릅니다. 강제 순환식 보일러는 높은 압력에서의 안정적인 운전이 가능하고 응답 속도가 빠른 반면, 유지보수와 설비 비용이 다소 증가할 수 있습니다. 반면 자연 순환식 보일러는 구조가 간단하고 저압 환경에서 효율적으로 운전할 수 있어, 중소형 발전소에 주로 사용됩니다. 각 보일러의 특성을 이해하여 발전소에 맞는 최적의 보일러를 선택하는 것이 중요합니다.