[에너지] 보일러와 연소장치-PART 2

좋은 연료란 무엇일까

연료란 공기의 존재 하에서 쉽게 연소하고 그 연소열을 경제적으로 이용할 수 있는 물질을 말합니다. 따라서 그 공급이 쉽고 저장, 운반 및 취급이 편리한 것이어야만 합니다. 가격도 저렴해야 합니다.

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1. 발전용 연료의 특징을 알아보자

널리 쓰이는 화석연료 발전소의 연료의 종류에는 고체, 액체 및 가스체 연료가 있습니다. 고체연료로서는 석탄, 액체 연료로서는 중유, 원유, 나프타 등이 있고 가스체 연료로서는 액화천연가스(LNG), 프로판 가스(LPG) 등이 있습니다. 이중 많이 사용되고 있는 연료는 저유황 중유, 원유 등의 액체연료와 LNG 및 석탄 입니다.

 

화석연료 발전소는 석탄이나 천연가스 등의 화석연료를 태워 전기를 생산하는 화력발전소입니다.  화석연료 발전소에는 연소의 열에너지를 기계적에너지로 변환하는 기계가 있으며, 이 기계는 발전기를 작동시킵니다 . 원동기는 증기터빈, 가스터빈 또는 소규모 플랜트의 경우 왕복 가스엔진  등이 있습니다. 모든 플랜트는 증기 또는 연소 가스 등 뜨거운 가스의 팽창에서 추출된 에너지를 사용합니다. 

 

2. 석탄

석탄은 쉽게 가연성이 있는 주로 탄소로 구성된 퇴적물입니다. 석탄은 흑색 또는 흑갈색을 띠며, 탄소질 물질이 중량 기준으로 50% 이상, 부피 기준으로 70% 이상 포함된 조성(고유 수분 포함)을 가지고 있습니다. 이는 지질학적 시간에 걸쳐 열과 압력에 의해 압축되고, 경화되고, 화학적으로 변형되고, 변태된 식물 잔해로부터 형성됩니다.

 

화석연료, 석탄

 

석탄은 미국을 포함한 전 세계적으로 수백만 년에 걸쳐 묻혀지고 압축되기 전 선사시대 숲과 습지가 존재했던 곳에서 주로 발견됩니다. 가장 큰 석탄 매장지 중 일부는 미국 동부의 애팔래치아 분지, 중부 대륙의 일리노이 분지, 그리고 미국 서부와 알래스카의 수많은 분지와 탄전에 걸쳐 있습니다.

인간은 수세기 동안 석탄을 사용해 왔기 때문에 석탄에 대해 많이 알려져 있습니다. 열원으로서의 석탄의 유용성과 석탄에서 생산될 수 있는 수많은 부산물은 잘 알려져 있습니다. 미국과 기타 많은 산업화된 개발도상국에서 지속적이고 점점 더 큰 규모의 석탄 사용으로 인해 환경 품질과 인간 건강에 알려지고 예상되는 위험이 발생했습니다. 결과적으로, 석탄의 유해한 특성과 석탄 사용을 인간과 자연에 덜 해롭게 만들기 위해 이를 제거, 수정 또는 피할 수 있는 방법에 대해 아직 배워야 할 것이 많습니다. 

석탄의 발열량을 나타내는 데는 고위발열량과 저위발열량이 있습니다. 고위발열량은 연료 중에 처음부터 포함되어 있는 수분과 연소에 의해서 생긴 수분이 수증기로 되어 있을 경우 수증기의 증발열을 포함시킨 발열량을 말하고 저위 발열량은 전자로부터 증발열을 빼 준 열량을 말합니다. 보일러에서 이용할 수 있는 것은 저위 발열량입니다.

 

3. 중유

중유는 석유화학 정제 과정 에서 발생하는 고밀도, 고점도의 석유 제품 입니다.  지하의 유정으로부터 캐낸 것을 원유라고 합니다. 이 원유를 가열, 정제, 가공해 나가면 휘발유, 등유, 경유 등으로 분류되며 마지막으로는  300도씨 이상으로 유출되어 흑갈색의 중유로 됩니다. 발전용 연료로 사용되는 중유는 보일러의 연소장치가 간단할 뿐만 아니라 열효율이 좋고, 부하의 변동에 대한 속응성도 좋습니다. 또한, 석탄에 비하면 발열량이 약 2배 정도로 높으며 회처리가 간단하다는 이점이 있습니다.

 

4. 가스연료-LNG

액화천연가스(liquified natural gas, LNG)는 천연가스의 주 성분인 메탄을 저장과 운송을 위해 액화시킨 것입니다. 액화천연가스는 천연가스 부피의 1/600가량을 차지합니다. 무색, 무취, 무독성이며 비부식성입니다.
위험 요인으로는 가스상태로 증발하였을 때의 가연성, 냉동, 질식 등을 들 수 있습니다. 액화 공정에서 먼지, 산성 가스, 헬륨, 물, 중 탄화수소 등의 성분들은 제거하며 대기압(최대 전송 압력 설정은 25 kPa(4 psi))에 가깝게 약 -162°C로 냉각하여 액체로 응축합니다. LNG는 CNG 보다 더 많이 볼륨을 축소할 수 있어서 LNG의 볼륨에너지밀도는 CNG의 2.4배 이상이고 디젤연료의 60%입니다. 이러한 점이 LNG를 파이프라인이 존재하지 않는 원거리 수송에 있어서 비용적으로 효과가 있게 합니다.LNG는 주로 천연가스를 시장으로 수송하기 위해 사용되며, 파이프라인 천연 가스로 재기화하여 분배합니다. 

 

 

LNG는 공해 대책상 문제가 되고 있는 유황분이나 질소분을 거의 포함하지 않기 때문에 양질의 연료라는 장점이 있는 반면, 초저온에서의 수송이라든지 저장을 필요로 하기 떄문에 전용의 탱커 및 탱크 등 특수하 고가의 설비를 요한다는 단점이 있습니다.

현재 LNG는 다른 공업용 연료에 비하여 수송비가 비싸서 연료비가 고가인 반면에 유황분이 거의 없기 때문에 공해방지 대책상 선진국에서는 발전용 또는 도시가스용 연료로 수요가 급증하고 있습니다. 우리나라에서도 석유, 석탄과 함께 에너지 발전용연료의 다원화라는 관점에서 LNG를 적극적으로 늘려서 사용하고 있으며 기존의 석탄호력 발전소를 LNG발전소로 개조하여 운전하고 있습니다.

 

5. 가스연료-LPG

LPG는 액화 석유가스, liquified petroleum gas의 약자로서 석유 정제과정에서 나오는 가스를 가압하거나 냉각하여 액화시킨 것입니다. 주성분은 프로판과 부탄으로 되어 있습니다. LNG와 마찬가지로 유황분과 질소분이 적은 양질의 연료이나 이것 역시 특수 탱커라든지 저장장치를 필요로 하고 있습니다. LNG와 LPG의 차이는 주성분에 있다고 하겠습니다. 

 

*같이가치업의 생각*
연료를 선택하는데 있어서의 기준이 계속 바뀌고 있습니다. 경제성보다는 환경성의 가치가 우선할 수 있지요.