[산업/플랜트] 화력발전 원리, 현황 및 문제점

화력발전 원리, 현황 및 문제점

 

우리나라의 4대 에너지 구성원은 석유ㆍ석탄ㆍ원자력ㆍ액화천연가스(LNG) 순이다. 앞으로 석유 및 석탄의 비중이 감소하는 반면 원자력 및 LNG 비율은 증가할 것으로 전망된다. 반면 대체에너지는 기술수준 및 시장기반 조성이 미흡해 현실적 대안으로서는 아직 부족한 편이지만 정부의 강력한 정책의지 및 지원정책 수행이 시급한 상황이다. 최근 10년간 과거 수백 년 동안 사용한 에너지를 사용하였다. 사용 에너지원을 비교해보면 다음과 같다. 에너지원 비율(%) 석유 32 석탄 26 천연가스 20 수력 5 원자력 5 재생가능 에너지(木) 11 재생가능 에너지(太陽) 2 계 100 에너지 전문가들은 "50년 후면 석유가 상당히 고갈될 것"이라며 "태양광ㆍ풍력ㆍ매립가스 발전 등 대체에너지 개발에 박차를 가해야 한다."고 주장하고 있다. 그러나 활발한 국내 대체에너지 개발을 위해서는 낮은 기술수준, 전문 인력 부족, 투자규모의 미흡 등의 문제를 시급히 해결해야 할 것으로 지적되고 있다. 이렇듯 우리나라는 대체 에너지 개발에 있어서 후진국이며 아직까지 큰 비중을 차지하는 화력 발전에 대해 그 원리 및 무엇이 문제인가를 알아본다. 1. 우리나라의 화력 발전 현황  ① 발전 용량 비교   ●발전회사별 설비용량 비교   ●설비용량 내역 (MW)   구분 남동 중부 서부 남부 동서 운 전 중 기저 3240 3400 2000 3000 2500 중간 825 1698 1466 770 2200 첨두 1500 1295 2880 2305 2100 소계 5565 6393 6346 6075 6800 건 설 중 기저 1600 - 1000 - - 중간 - - - - - 첨두 - 1600 600 1800 700 소계 1600 1600 1600 1800 700 총계 7165 7993 7946 7875 7500 2. 발전 원리 화력발전소는 연료의 화학적 에너지를 전기에너지로 변환시키는 거대한 에너지 변환기구(Conversion Mechanism)로 물을 끓여서 나오는 증기로 발전기를 돌려 전기를 발생시킨다. 보일러는 물을 증기로 바꾸는 장치이며, 주전자 주둥이(노즐Nozzle)로 부터 분출하는 증기가 터빈을 회진시키고 터빈에 연결된 발전기(Generator)에서 전기를 발생시킨다. ① 발전 방식에 따른 원리 우선 중유나 석탄 등의 연료를 보일러에 넣은 다음, 적당량의 공기와 혼합하여 보일러 내에서 연소시킨다. 보일러 내에서는 관을 통하여 들어온 물이 가열되면 고압증기로 변해 터빈에 보내진다. 터빈은 수력발전소의 수차에 상당하는 것으로, 많은 회전 날개를 가지고 있다. 따라서 보일러에서는 고온, 고압의 증기를 이 회전날개에 불어넣어 터빈을 회전시키는 것이다. 터빈의 회전은 매우 빨라서 수력발전의 수차가 1분간에 125회전에서 750회전인데 비해 화력터빈은 3천회전에서 3천6백 회전을 한다. 터빈을 회전시킨 후의 증기는 복수기 속에서 냉각수에 의해 냉각되어, 재차 물로 돌아가게 된다. 그런 다음 급수펌프에 의해 급수로서 공급되어 과열기에서 가열, 다시 보일러로 보내진다. 이러한 화력발전은 크게 기력발전, 열병합발전, 복합발전으로 나눌 수 있다. ● 기력발전 기력발전은 보일러에서 연료를 태워서 얻은 열에너지로 물을 가열하여 증기를 만들고 그 증기로 증기터빈을 돌려 터빈에 연결된 발전기로 전력을 만드는 발전방식. 사용연료의 종류에 따라 중유발전소, 가스발전소, 석탄발전소 등으로 나누어지며 가장 많이 사용하는 화력발전 방식이다. • 운탄설비 선박으로 싣고 온 석탄을 하역하고 저탄조까지 석탄을 운반한 뒤 미분기에서 석탄을 잘게 부수어 보일러에서 잘 연소될 수 있도록 한다. - 원탄저장조  각 미분기마다 1개씩 설치되어 있다. - 석탄 흐름 감지 장치  석탄 배관에 설치된 장치로 석탄의 흐름을 방사성 동위원소를 이용하여 조기에 감지하여 중앙 제어실에 경보를 발생하도록 한다. - 원탄 급탄기  저장조에 저장된 석탄을 미분기에 공급한다. - 미분기  석탄을 연소에 적합한 크기로 분쇄하는 설비 - 미분탄 분리기  입자의 크기별로 분리하여 큰 것은 다시 미분기로 보낸다. - 미분탄 저장조  미분탄을 저장하는 설비로 4시간 정도 사용할 수 있는 분량을 저장한다. - 미분탄 급탄기  벤튜리 혼합기를 통하여 미분탄을 버너로 이동시킨다. • 보일러 1. 개요 발전용 보일러는 연료의 연소열을 이용하여 터빈이 필요로 하는 증기를 발생시키는 장치라고 정의할 수 있다. 이런 증기 발생장치에는 과열기, 재열기 및 절탄기를 포함하는 보일러 본체와 연료를 저장 공급하고 이를 연소시켜 열을 발생시키는 연료 연소설비, 연료의 연소에 소요되는 공기를 공급하고 연소 후 생성된 배기가스를 배출시키는 통풍설비, 보일러에 물을 공급하기 위한 급수설비, 보일러 부하 변동에 따른 연료공기 및 급수를 자동적으로 조정하는 자동제어 장치 및 기타의 부속설비로 구성된다. 2. 종류 발전용 보일러에는 드럼의 유무에 따라 드럼 보일러와 관류 보일러로 대별된다. 드럼 보일러는 보일러 내에서 보일러수의 순환이 자연력에 의해 행해지는 자여순환 보일러와 자연력만으로는 보일러수 순환이 불충분하여 강제로 보일러수를 순환시키는 강제순환 보일러로 나누어진다. 또 관류 보일러는 보일러수의 저장을 위한 드럼이 없으며 보일러수가 일정하게 배열된 관을 따라 흐르면서 가열된다. 이 보일러는 물이 전열 면을 1회 통과하는 벤슨 보일러와 전열면을 재순환하는 복합 순환보일러 및 슐러 보일러로 구분된다. - 초임계압 보일러(한전 표준석탄화력 발전소의 보일러 기준) 초임계압 관류보일러(Supercritical Pressure Boiler)는 초임계압 영역에서 발전하는 보일러이며 중간부하운전(일일 기동정지 및 주기운전)용 유연탄 화력으로 빈번하고 신속한 기동정지 및 높은 부하변동율, 안정된 저부하운전 및 기동손실의 최소화, 높은 열효율, 수명유지를 위한 열응력 감소 및 고도의 제어기술 적용등이 요구되는 곳에 적용된다. 초임계압이란, 물의 포화액선(Saturated Liquid Line)과 포화증기선(Saturated Vapor Line)이 만나는 점을 임계점이라 하며 이때의 압력, 임계압 이상의 압력을 말한다. 초임계압 영역에서 가한 열은 물을 증발시키는데 소요되는 증발잠열이 없으므로 항상 온도상승을 수반하고, 포화수와 포화증기의 비중량이 같아 아임계압의 드럼형 보일러에서 물의 밀도차에 의한 순환현상이 임계압력 이상에서는 없다. • 터빈 1. 터빈의 구조 ① 케이싱(Casing) 터빈 회전체를 덮고 있는 기밀실로서, 쉘(Shell) 및 실린더(Cylinder)라고도 한다. 증기가 일을 하기 위한 공간을 제공한다. ② 로터(Rotor) 케이싱 내부로 유입된 증기의 작용으로 증기의 열에너지를 기계적 에너지(회전력)로 변환시켜 발전기에 전달하는 부분이다. 로터는 축과 회전 날개로 구성되며 회전하는 부품 전체를 말한다. 회전날개는 터빈 부하 및 속도 제어와 밀접한 관계를 가지고 있으며 축은 회전날개와 더불어 가장 큰 응력이 발생하는 부분으로 충분한 강도를 가지고 무게 중심이 잘 잡혀 있어서 진동이 발생되지 않도록 제작된다. ③ 베어링(Bearing) 터빈 베어링에는 로터를 지지하는 저널(Journal) 베어링과 축 방향 이동을 막아주는 추력(Thrust) 베어링이 있다. ④ 밸브(Valve) 터빈 밸브의 동작은 고압유에 의해 열리고 스프링 힘으로 닫히며 고압 터빈에 공급되는 증기를 제어하기 위해 사용된다. ⑤ 터닝기어 터빈 정지 후 축을 그대로 두면 터빈 내부 잔열의 대류 현상에 의한 상․하부 온도차가 생길 뿐만 아니라, 축 자중에 의한 변형이 일어나므로 이를 최소화하기 위하여 터빈 기동전, 또는 정지 후 저속으로 돌려준다. 또한 장기간 정지하였던 터빈은 자중에 의해 축이 약간 굽어 있으므로 이런 상태에서 고속회전을 시키면 심한 진동을 일으킨다. 따라서 기동하기 전에 축을 서서히 회전시켜서 축의 온도분포를 균등히 하여 굽었던 축을 바르게 하고 로터의 편심을 줄여주는 역할을 한다. • 발전기 도체와 자속(자석에서 나옴)이 상대 운동을 하여 도체가 자속을 끊으면 도체에는 플레밍의 오른손 법칙에 따르는 방향으로 기전력이 발생된다. 상대운동 대상에 따라 회전 전기자형과 회전 계자형으로 분류되며 우리나라에서는 회전계자형을 쓰고 있다. • 변압기 변압기는 발전기에서 생산한 전력을 송․배전선을 통해 부하에 공급하는 과정에 있어서 전압을 승압 또는 강압하는 전기기기이다. 발전소에서 사용하는 변압기에는 그 용도에 따라 발전기에서 생산한 전력을 송전전압으로 승압(22kV → 345kV)하는 주변압기, 소내 보조기용 전원을 수전하는 소내변압기(22kV → 6.9kV), 저압보조기용 동력을 수전하는(6.9kV → 480V) 저압동력용 변압기 등이 있다. - 변압기의 원리 <그림 7-1> <그림 7-1>과 같이 철심 양쪽에 코일을 감고 1차측에 교류전압 V1을 공급하면 무부하전류 I0가 흐르면서 자속이 발생하여 철심속을 지나 2차 코일과 쇄교하면서 2차측에 전압 V2를 유기한다. 서로 독립된 코일에 자속이 쇄교하면서 전압을 유도하게 되는 것이다. 이런 현상을 전자 유도 현상이라 한다. 이때 나타난 2차 전압 V2는 2차측 코일의 감은회수(권수)에 의해 결정된다. 1차 코일의 권회수를 N1, 2차 코일의 N2라 하면 다음과 같은 식이 성립된다. 여기에서 a를 권수비(Turn ratio)라 하며 권수비에 따라 2차 전압을 마음대로 조정할 수 있다. • 복수 및 급수계통 복수 및 급수계통은 저압터빈 최종단에서 배출되는 증기가 복수기에서 물로 응축되어 아래와 같은 각종 설비를 거쳐 보일러로 들어가는 과정을 말하다. 1. 복수계통 설비 ① 복수기(Condenser) 터빈에서 배출되는 증기를 냉각, 응축시켜 물로 회수하는 장치를 복수리라 한다. 복수기의 종류에는 증기와 냉각수가 직접 접촉하는 혼합 복수기와 전열면을 통해 열교환을 하는 표면 복수기가 있다. ②복수펌프(Condensate Pump) 복수기에서 응축된 물을 보일러 급소로 재사용하기 위하여 복수기에서 탈기기로 보내는 펌프를 복수펌프라고 한다. 펌프가 고장 날 경우 보일러 급수에 지장이 있고 운전에 중대한 장애를 줄 가능성이 있으므로 반드시 예비 펌프를 1대 설치한다. 펌프 대수는 대체로 250MW급 이상이 되면 통상 50% 용량 3대로 하여 정상운전 중 2대의 펌프가 균등한 부하분담으로 병렬운전을 한다. ③복수탈염 장치(Condensate Polishing Plant) 복수기에 유입되는 증기, 보급수 등에는 계통 내 금속의 부식 생성물은 철, 동 등의 금속산화물, 복수기 튜브 누설 시 유입되는 불순물 등이 함유되어 있다. 이와 같은 불순물을 드럼 보일러에서는 증기연속취출장치를 통해 배출이 가능하나 관류보일러에서는 배출이 불가능하므로 복수탈염장치를 설치하여 수질을 고순도로 유지하고 있다. 근래에는 대용량 드럼형 보일러에서도 급수를 요구하므로 이 장치를 설치하는 추세이다. 2. 급수계통 설비 ①탈기기(Deaerator) 급수 가열기 중 직접 접촉식에 해당하는 탈기기는 스프레이로 분사되는 증기와 급수가 혼합되며 이론상 증기가 가지고 있는 열은 물이 흡수한 열량과 같기 때문에 탈기기 종단온도차는 제로가 되어 효율이 대단히 좋다. 탈기기를 설치하는 목적은 급수 중에 포함되어 있는 가스(산소, 탄산가스 등)를 분리하고 급수의 가열 및 저장에 있다. ②보일러급수펌프(Boiler Feed Water Pump) 보일러 급수펌프는 탈기기에서 탈기된 급수를 가압하여 고압급수가열기와 절탄기를 거쳐 보일러에 공급하는 펌프로서 보일러가 운전 중일 때는 언제나 급수를 공급하여야 한다. 따라서 보일러 급수 펌프는 화력발전소에 있어서 대단히 중요한 기기의 하나로 신뢰도가 커야 한다. • 통풍장치 연돌의 통풍력에 의하여 공기 및 열 Gas를 유동시키는 방식의 자연통풍과 기계적인 힘 즉, Fan에 의하여 연소에 필요한 공기와 연소 후 생성물을 배출시키는 강제통풍이 있다. - 1차 통풍기  미분기에서 분쇄된 미분탄을 버너로 이송하여 연소실로 분출시키기 위한 공기를 공급하는 통풍기 - 배기 송풍기  순환 공기 중에 포함되어 있는 수분을 제거하기 위한 송풍기 - 냉각 송풍기  영월화력은 미분기 계통의 순환공기 대신에 보일러 하부의 고온 연소가스 를 취출하여 사용하고 있다. 이 경우 고온가스를 미분기 계통에 그대로 공급하게되면 온도가 너무 높아 화재 위험이 있으므로 미분기 계통내 순 환가스의 온도를 적절하게 유지시키기 위해 대기로부터 찬 공기를 공급하 는 송풍기를 냉각 송풍기(Cold Air Fan)이라 한다. • 집진설비 보일러에서 연소 후 배출되는 배기가스 중의 회 입자 및 분진 등을 포집하는 설비로 여러 종류의 집진장치가 있으나 발전소에서는 집진 효율이 높고 많은 양의 배기가스 처리가 가능한 전기집진기를 많이 사용하고 있다. <그림 2-65>와 같이 가스의 유속이 1~2m/s로 유속분포가 균일한 집진기 내에 10인치 정도의 간격으로 집진극과 방전극을 수직으로 배열시켜 이 전극에 DC 30~70kV정도의 고전압을 가하여 방전을 시킨다. 이때 분진이 함유된 배기가스를 통과시키면 방전극 부근에서 가스분자의 충돌로 분진은 이온화되고 (-)전하를 띠게 되어 (+)극인 집진극에 유인되어 포집이 이루어진다. • 복합발전 열효율 향상을 위해 두 종류의 열사이클을 조합하여 발전하는 것을 말한다. 1차적으로 가스터빈 사이클인 Brayton Cycle을 이용하여 발전을 하고, 2차적으로 가스터빈으로부터 대기 중으로 배출되는 배기가스(500도씨 이상)에 남아있는 많은 열량의 일부를 회수하기 위한 방안으로 배기가스를 배열회수보일러(HRSG : Heat Recovery Stem Generator)로 보내 증기를 생산하여 증기터빈(Ranking Cycle)을 돌려 발전하는 방식이다. 현재 복합 사이클의 열효율은 50%에 가까우며, 앞으로 60% 정도까지 향상될 전망이다. 복합발전 방식은 가스터빈과 증기터빈을 결합한 것. 이 외에도 석탄가스화 복합발전(IGCC : Intergrated Coal Gasification Combined Cycle), 연료전지 복합발전, 칼슘터빈 복합발전 등의 연구개발이 추진되고 있다. 현재는 2∼3개의 가스터빈과 1개의 스팀터빈으로 구성된 모듈이 시장에 공급되고 있으며, 압축비와 연소온도로 가스터빈 운전을 최적화하여 전체효율이 증가하는데, 최근 1,100℃급 (165 MWe)에서 1,300℃(350 MWe)로 용량이 증가하고, 효율도 55%까지 증가하였다. 장차 연 소기 출구온도가 1,450℃로 증가되는 첨단 기종(450∼500 MWe)은 발전효율 60%를 기대하고 있다. 가스복합발전에 사용하는 연료로는 천연가스는 이미 상업화하였고, 석탄의 경우는 석탄 가 스화나 카보나이저가 있는 2세대 가압유동층 석탄연소 복합발전기술과 결합하여 효율상승을 기대할 것이다.   1 석탄가스화 복합발전(IGCC) Integrated Gasification Combined Cycle(IGCC) 기술은 먼저 석탄을 가스화하여 연료가스로 전환하고 고온에서 연료가스중 부식성 가스인 유화수소(H2S)와 미반응 석탄 및 분진 등 입 자를 제거한 후, 연소하여 Gas Turbine을 구동시키고, 고온의 배가스에서 스팀을 회수하여 스팀터빈을 구동시킨다. 이 기술은 발전효율이 현재 42%에서 향후 연료전지와 연계하였을 경우 60%까지 기대하고 있는 발전기술이다. 석탄을 가스화하는 기술에는 고정층, 이동층, 유동층, 일류층 및 수송층 등 석탄의 특성이 나 조업온도, 개발회사에 따라 다양한 기술이 있으며, 석탄가스화에 필요한 열량을 얻기 위 하여 일부 석탄을 연소시키는데, 이때 사용되는 산화제는 공기를 사용하는 경우와 분리하여 산소를 사용하는 경우에 따라 설계, 운전조건, 가스화 조성에 변화를 준다. 가스화의 일부 반응에 필요한 물은 석탄을 슬러리화 하여 습식으로 주입할 것인가와 별도의 스팀을 공급할 것인가에 따라 전체 공정이 결정된다. IGCC에 필요한 공정으로는 석탄전처리, 가스화기, 합성가스 냉각기, 산성가스제거, 산소를 사용할 경우에 산소분리기, 폐열회수 및 가스터빈 및 스팀터빈을 통한 발전설비이다. 생성된 가스는 H2S 등 부식성 가스를 제거하기 위하여 냉각되어야 하며, 열효율을 높이기 위하여 기존의 습식방법을 지양하고 고온 건식방법에 의하여 H2S를 제거하는 연구가 진행되 고 있지만, 아직 시범단계에 머물러 있다. 기존의 습식방법은 정유공장에서 발생되는 산성 가스를 처리하는 공정을 사용하며 이미 적용되고 있는 기술이다.   2 가압 유동층 석탄연소 복합발전(FPBC-CC) 유동층 연소보일러를 가압용기 안에 설치하여 운전하면, 유동층의 장점과 가압시의 장점을 동시에 얻는 발전시스템을 얻을 수 있는 발전시스템으로 석탄 처리량이 운전압력 만큼 증가 하고, 층높이도 상압시 보다 3∼5배정도 증가시킬 수 있으며, 열전달 특성과 탈황율이 우수 하고 반응속도도 증가한다. 또 보일러에서 발생하는 열로 스팀을 생성, 스팀터빈을 구동하 고, 고온 고압하의 연소배가스로 가스터빈을 구동하는 복합발전이 가능하다는 것으로, 현재 발전효율은 39∼42%를 얻을 수 있으며, 70 MWe규모의 산업용 보일러가 보급되고 있다. 유동층의 최적 운전온도는 최적의 탈황과 질소산화물 발생억제를 위하여 850∼950℃정도이 다. 가스터빈의 발전효율은 조업온도와 밀접한 관련이 있으며, 온도를 상승시키는 것이 전 체의 발전효율을 상승시킨다. 연소가스의 온도를 상승시키기 위하여 topping 연소기에서 천 연가스나 석탄가스를 이용하여 발전하는 것이 1.5세대 및 2세대의 발전기술이며, 석탄가스 를 제조하는 카보나이저는 조업온도가 일반 가스화기보다 훨씬 낮은 900℃정도이다. 또 석탄의 전량을 가스화할 필요가 없으며, 미반응 char를 가압순환 유동층에서 연소하며, 이때 발생되는 연소가스로 topping연소기를 가열한다. 카보나이저에서의 탈황은 석회나 석 회석을 주입하여 CaS형태로 전환시키며, 이것을 char연소기에서 석고형태로 산화시킨다. 2 세대 가압유동층 복합발전은 효율 45%-50%를 기대하고 있으며, 연료전지와 연계할 경우 58% 를 기대하고 있다.    -연료특성 천연가스(NG: Natural Gas)는 메탄(Methane: CH4)를 주성분으로 하는 가연성 가스를 말하며 이것을 액화하여 체적을 감소시킨 후 대량 수송 또는 저장이 가능하도록 한 것을 액화천연가스(LNG: Liquified Natural Gas)라 한다.     • NG 일반 특성      ＊대기압하에서 -162℃로 냉각시키면 액화가 이루어지면서 체적이 1/580~1/60로 줄어들어 대량 수송 및 저장이 가능      ＊무연, 무매, 무타르, 무취, 무독의 무공해 연료      ＊비중이 0.55(공기대비) 정도로 낮아서 누설시에도 대기중으로 쉽게 확산되어 폭발 하한농도 희박해짐      ＊발열량이 10,500~13,300 ㎉/㎏ 정도로 높고, 품질 균일     • NG 보일러의 특성      ＊연소실의 열흡수 : 화염이 짧고, 휘도가 낮기 때문에 연소실에서 열흡수가 적어 연소실 출구에서 배기가스 온도 상승      ＊증기온도 정격 유지방안         과열기 및 재열기의 전열면적을 줄인다         버너의 분사각도 하향 조절(Burner Tiltion)         재순환 가스량 감소         과열기 및 재열기에 과열저감수량 증가       ＊보일러 효율 변화 : 연료유보다 수소 함유량이 약 2배 가량 많아 수분에의한 손실로 보일러 효율 저하      ＊SOx 및 NOx 생성 감소    -적용 발전소     서인천 C/C, 신인천 C/C, 안양 C/C, 분당 C/C, 평택 C/C, 일산 C/C, 부천 C/C, 보령 C/C, 울산 C/C • 열병합발전 에너지를 효율적으로 이용하기 위해 동일 연료원으로부터 열과 전기를 동시에 생산하여 공급하는 시스템을 열병합발전(CHP : Combined Heat and Power Plant)이라 한다. 열병합발전은 터빈 배기 증기를 열에너지로 다시 사용하므로 효율이 매우 높다. 열에너지는 사용 순서에 따라 Topping-Cycle과 Bottoming Cycle로 구분한다. Topping Cycle은 연료 연소로 생산된 증기를 전력 생산에 먼저 사용하고, 배열이나 잉여열을 열에너지로 이용하는 방식이며 Bottoming Cycle은 증기를 열에너지로 먼저 사용하고, 여열이나 산업공정에서 발생하는 폐열을 이용하여 발전하는 방식이다.   -연료특성 열병합이란, 내열발전 방식인 가스터빈 발전기와 일반적인 화력발전 방식인 증기터빈 발전기를 조합한 복합발전방식으로 발전의 연료특성과 동일하다.   -운용중인 발전소  일산열병합, 부천열병합, 안양열병합, 분당열병합 ② 화력 발전에 사용되는 열역학적 사이클   - 카르노 사이클, Rankine 사이클, Reheated 사이클, Regenerated 사이클, 재열-재생 사이클, 실제 사이클 ③환경 오염 방지(집진장치 포함) 1. 대기오염방지 환경분야 화학적 탈황 원리 SO2 흡수 및 산화 SO2 + 2H2O + CaCO3(석회석) + 1/2O2 → CaSO4·2H2O(석고) + CO2 설비형식 습식석회석 석고법 탈황효율 90% 이상 투 자 비 약 635억원/ 500MW * 1기 부 산 물 - 순도 - 발생량 - 활용전망 석고 95% 이상 약 3.8만톤/ 년, 500MW * 1기 화력발전소 배연탈황공정의 부산물로 발생되는 탈황석고는 특히 순도가 높아 석고보드 생산원료나 시멘트 응결지연제로서 우수한 원자재임. 배연탈황설비 배연탈황공정 질소 산화물 질소산화물은 연소공기중에 포함된 질소와 연료중에 함유된 질소분이 보일러내의 고온에서 산소와 결합하여 생성됩니다. 질소산화물중 대기오염에 영향이 큰 물질은 이산화질소(NO2)로서 적갈색의 자극성 기체이며, 황산화물의 경우와 같이 인체 및 동식물의 생육에 영향을 미치게 되므로 발생량이 적게 되도록 하여야 합니다. 질소산화물은 액화천연가스와 같은 청정연료의 사용이나 연소방법의 개선을 통하여 발생량을 저감시킬 수 있습니다. 화력발전소에서는 저NOx버너, 2단연소, 연소가스 재순환 및 저과잉 공기운전 등 연소방법의 개선으로 질소산화물의 배출량을 크게 감소시키고 있습니다. 배연탄질공정 배연탈질설비(SCR: Selective Catalytic Reduction) 4NO + 4NH3(g) + O2 → N2O + 6H2O 발전용 배연탈질설비로는 NOx 제거효율이 높은 SCR(선택적 촉매환원법) 설비가 많은 선진국에서 설치 운용되고 있습니다. SCR 설비는 배기가스온도 350℃ 전후에 설치된 촉매 층에서 암모니아를 주입하여 질소산화물을 질소와 물로 환원하여 제거합니다. 방 법 내 용 저감율 저NOx 버 너 연소용 공기를 3단계로 구분하여 1차는 연료와 혼합, 2차는 화염의 최고 온도 저하, 3차는 완전연소용으로 사용 40~60% 2단연소 버너 상부의 AiR Port에 연소용 공기의 일부를 공급하여 노내 화염온도를 저하 약 25% 저과잉 공기 연료중의 질소분과 대응하는 산소량이 감소되도록 연소용 공기량 공급을 감축 약 10% 배기가스 재순환 배가스의 일부를 재순환, 연소용 공기와 혼합시켜 노내 고온연소 영역의 온도를 낮춤 10~20% 연소방법 개선에 의한 질소산화물 저감율 질소산화물 배출현황 (2000년) (단위:ppm) 구 분 삼천포화력 영동화력 여수화력 분당복합 환경규제치 350 350 250 500 배출치 80~340 230~300 180~220 80~120 먼지 연료중에 함유되어 있는 회분이 연소후에 먼지로 변하게 되는데 화력발전소에서는 고성능 전기집진기로 포집(99.8% 이상)하고 있기 때문에 대부분의 발전소 굴뚝에서는 연기가 보이지 않아 가동하지 않는 것으로 보일 정도입니다. 그동안 먼지저감을 위한 추진 실적으로 1950년대에 석탄화력에 기계식 집진기를 설치·운영하기 시작하여 이후 준공되는 석탄화력 모두 고성능 전기집진기를 설치하였습니다. 1988년 부터는 중유를 사용하는 발전소에도 전기집진기를 설치 완료하여, 현재는 모든 화력발전에 먼지 포집을 위하여 고성능 전기집진기를 가동하고 있습니다. 2. 수질오염방지 물은 사람의 생활에 가장 중요한 역할을 하고 있습니다. 모든 생물의 몸은 대부분 물로 구성되어 있고 그 신진대사도 물이 중요한 역할을 합니다. 화력발전소도 물을 증기로 만들어 전기를 생산하기 때문에 우리 몸안에서 물이 순환하듯이 화력발전소도 물과 증기가 순환하고 있어 폐수 발생량은 그다지 많지 않습니다. 일반공업용수를 불순물이 전혀 없는 순수로 만들어 발전용수로 이용하는 과정에서 발생되는 일반폐수와 발전과정에서 발생되는 함유폐수 등을 한곳에 모아 유수분리, 중화, 응집, 침전, 여과, 흡착설비로 구성된 종합폐수처리설비에서 완벽하게 처리하고 있으며, 처리된 물은 재사용하거나 방류하게 되는데 최종 방류수의 수질은 일부 발전소에서 관상용 양어장을 운영하고 있을 정도로 아주 깨끗합니다. 발전소와 온배수의 영향 우리나라는 삼면이 바다로 둘러 싸여 있고, 대부분의 발전소는 해안에 위치하여 냉각수로 주로 바닷물을 사용합니다. 발전소 냉각수로 사용된 바닷물은 취수온도보다 약간 따뜻하게 되며, 주변해역에 온배수의 영향을 최소화하기 위하여 심층취수 등을 채택하고 있습니다. 온배수는 겨울철 이상기온 상승시 이외에는 인접해역에 미치는 영향은 거의 없으며, 영동화력에서는 온배수를 이용하여 고급어패류의 양식사업을 시행하고 있습니다.

 

출처: 인터넷