랭킨사이클

랭킨사이클이란

랭킨사이클은 증기를 작동유체로 쓰는 증기동력 기본 사이클이다.

보일러에서 만든 증기로 터빈을 돌리고, 복수기에서 응축해 다시 보일러로 보낸다.

급수펌프, 보일러, 터빈, 복수기 네 요소로 구성된 순환 구조다.

물이 액체와 증기 상태를 번갈아 거치며 열을 일로 바꾼다. 발전소 효율의 출발점이다.

네 가지 과정

랭킨사이클은 네 과정으로 이루어진 이상적 증기동력 사이클이다.

급수펌프는 복수기 출구의 포화액을 보일러 압력까지 단열 압축한다.

보일러는 압축액을 정압 가열해 포화액과 과열증기를 만든다.

터빈은 과열증기를 복수기 압력까지 단열 팽창시켜 일을 생산한다.

복수기는 배기 습증기를 정압 응축해 포화액으로 되돌린다.

열효율은 터빈 일에서 펌프 일을 뺀 순일을 보일러 입열로 나눈 값이다.

재열과 재생

재열은 고압 터빈 배기를 다시 가열해 팽창 후반 증기의 습도를 낮춘다.

습도가 낮아지면 터빈 날개의 침식이 줄어든다.

재생은 터빈 추기 증기로 급수를 가열해 보일러 입열 온도차를 줄인다.

온도차가 줄면 비가역 손실이 작아진다.

두 방식을 함께 쓰면 열효율을 최대로 확보할 수 있다는 점을 기억한다.

복수기 진공과 효율

복수기는 터빈 배기를 냉각수로 응축시켜 진공을 만든다.

복수기 압력이 낮아지면 터빈 출구 압력인 배압도 함께 낮아진다.

배압이 낮아지면 증기가 낼 수 있는 팽창 일이 늘어나 출력이 커진다.

그 결과 터빈 입출구 엔탈피차가 커져 열효율이 올라간다.

다만 진공은 냉각수 온도와 공기 누설 제거 능력이 한계가 된다.

초임계 랭킨사이클

증기 조건을 높이는 대표적 방법이 초임계 조건이다.

관련 자료는 초임계 조건에서 열효율이 50%를 넘고 아임계보다 약 6% 높다고 제시한다.

아임계는 임계압력 미만, 초임계는 임계압력 이상에서 운전한다.

초임계에서는 관류형 보일러를 쓰고, 급수가열기를 최대 10기 둘 수 있다.

다만 고온·고압 재료와 설비 건설비 부담이 커지는 것이 제약이다.

정리

정리한다. 랭킨사이클은 펌프, 보일러, 터빈, 복수기로 이루어진 증기동력 사이클이다.

복수기 압력이 낮아지면 배압이 낮아지고 출력과 효율이 함께 오른다.

재열과 재생, 초임계 조건을 결합해 효율 향상 대책을 세운다.

급수펌프 일은 작지만 열효율 계산에서 빠뜨리지 않도록 주의한다.

앞 문제 정답은 필요 없다. 관류형 보일러는 드럼이 없다.