화력발전 실무 2: 보일러 터빈 제어하는 방법

화력발전 실무 2: 보일러 터빈 제어하는 방법

 

목차

1. 서론
   • 화력발전의 핵심, 보일러와 터빈
   • 보일러 터빈 제어의 중요성
2. 보일러 제어의 기본 원리
   • 연소 과정 제어
   • 증기 생성 및 온도 조절
   • 보일러 효율 향상
3. 터빈 제어의 기본 원리
   • 증기 압력 및 유량 조절
   • 발전기 출력 조절
   • 터빈 보호 시스템
4. 보일러와 터빈의 연동 제어
   • 부하 변동에 따른 제어
   • 보일러-터빈 협조 제어
5. 자동 제어 시스템의 역할
   • PLC 및 DCS 시스템
   • 센서 및 액추에이터
   • 제어 알고리즘
6. 보일러 터빈 제어 시 주의 사항
   • 안전 최우선
   • 효율성과 안정성의 균형
   • 지속적인 모니터링과 유지보수
7. 결론
   • 화력발전의 미래와 제어 기술의 발전

본문

1. 서론

화력발전은 화석 연료를 연소하여 얻은 열에너지를 이용해 터빈을 회전시키고, 이를 통해 전기를 생산하는 방식입니다. 이 과정에서 보일러와 터빈은 발전소의 심장과 같은 역할을 수행하며, 이들의 효율적인 제어는 발전소 전체의 운영 성과에 직접적인 영향을 미칩니다.

2. 보일러 제어의 기본 원리

보일러는 연료를 연소시켜 물을 증기로 변환하는 장치입니다. 보일러 제어는 연소 과정, 증기 생성량, 증기 온도 등을 정밀하게 조절하여 터빈에 안정적인 증기를 공급하는 것을 목표로 합니다.

• 연소 과정 제어: 연료와 공기의 비율을 조절하여 완전 연소를 유도하고, 질소산화물(NOx) 등의 대기 오염 물질 배출을 최소화합니다.
• 증기 생성 및 온도 조절: 연료 공급량과 공기 공급량을 조절하여 증기 생성량을 조절하고, 과열기의 열량을 조절하여 증기 온도를 일정하게 유지합니다.
• 보일러 효율 향상: 열손실을 최소화하고, 연소 효율을 높여 보일러의 전체적인 효율을 향상시킵니다.

3. 터빈 제어의 기본 원리

터빈은 고온 고압의 증기를 이용하여 회전하는 장치입니다. 터빈 제어는 증기 압력과 유량을 조절하여 발전기 출력을 조절하고, 터빈을 안전하게 보호하는 것을 목표로 합니다.

• 증기 압력 및 유량 조절: 조속기(governor)를 이용하여 터빈 입구의 증기 압력과 유량을 조절하여 발전기 출력을 변화시킵니다.
• 발전기 출력 조절: 계통 주파수를 유지하고, 전력 수요에 따라 발전기 출력을 조절합니다.
• 터빈 보호 시스템: 과속, 과열, 진동 등 비정상적인 상태 발생 시 터빈을 자동으로 정지시켜 손상을 방지합니다.

4. 보일러와 터빈의 연동 제어

보일러와 터빈은 서로 긴밀하게 연동되어 작동합니다. 부하 변동이 발생할 경우, 보일러와 터빈은 서로 협력하여 발전 출력을 안정적으로 유지해야 합니다.

• 부하 변동에 따른 제어: 부하가 증가하면 보일러의 연료 공급량을 늘리고, 터빈 개도를 넓혀 발전 출력을 증가시킵니다. 반대로 부하가 감소하면 연료 공급량을 줄이고, 터빈 개도를 줄여 발전 출력을 감소시킵니다.
• 보일러-터빈 협조 제어: 보일러와 터빈의 제어 시스템을 연동하여, 두 장치가 서로의 상태를 감지하고, 최적의 제어 신호를 생성하도록 합니다.

5. 자동 제어 시스템의 역할

현대 화력발전소에서는 PLC(Programmable Logic Controller) 및 DCS(Distributed Control System)와 같은 자동 제어 시스템을 이용하여 보일러와 터빈을 제어합니다.

• PLC 및 DCS 시스템: 복잡한 제어 로직을 구현하고, 다양한 센서와 액추에이터를 제어합니다.
• 센서 및 액추에이터: 압력, 온도, 유량 등 다양한 공정 변수를 측정하고, 제어 신호를 실행 기기에 전달합니다.
• 제어 알고리즘: PID 제어, 모델 기반 제어 등 다양한 제어 알고리즘을 이용하여 정확하고 안정적인 제어를 수행합니다.

6. 보일러 터빈 제어 시 주의 사항

보일러 터빈 제어는 발전소 안전과 직결된 중요한 작업입니다. 따라서 다음과 같은 사항에 유의해야 합니다.

• 안전 최우선: 안전 시스템을 철저히 점검하고, 비상 상황 발생 시 신속하게 대응할 수 있는 체계를 구축해야 합니다.
• 효율성과 안정성의 균형: 발전 효율을 높이기 위한 노력과 함께, 발전 설비의 안정적인 운전을 보장해야 합니다.
• 지속적인 모니터링과 유지보수: 설비 상태를 지속적으로 모니터링하고, 정기적인 유지보수를 통해 고장을 예방해야 합니다.

7. 결론

화력발전은 전력 생산의 중요한 축을 담당하고 있으며, 보일러와 터빈 제어 기술은 발전소의 효율성과 안정성을 향상시키는 데 결정적인 역할을 합니다. 앞으로도 지속적인 기술 개발을 통해 더욱 안전하고 효율적인 화력발전 시스템이 구축될 것으로 기대됩니다.