자연 순환식 보일러의 정의,원리,장단점 (전력공학)

 

자연 순환식 보일러

자연 순환식 보일러(Natural Circulation Boiler)는 열 교환 과정에서 물과 증기의 순환을 자연적인 방식으로 수행하는 보일러입니다. 이 방식은 외부 기계적 장치 없이, 단순한 물리적 원리에 의해 순환이 이루어지는 것이 특징입니다. 자연 순환식 보일러는 주로 그리드 시스템에서 사용되며, 원자력 발전소나 대형 화력 발전소 등에서 중요한 역할을 합니다.

 

자연 순환식 보일러의 작동 원리

자연 순환식 보일러의 기본 작동 원리는 물이 가열되어 증기로 변하면서 발생하는 밀도 차이를 이용해 순환을 만드는 것입니다. 주요 과정은 다음과 같습니다:

1. 가열된 물의 상승: 보일러의 하부에서 물이 열을 받아 가열되면, 물의 밀도가 감소하고 부피가 증가합니다. 이로 인해 가열된 물은 보일러의 상부로 자연스럽게 상승합니다.
2. 증기의 생성 및 상승: 상부로 상승한 물은 더 높은 온도에서 증기로 변하게 됩니다. 이 증기는 보일러의 상단으로 이동하고, 증기가 발생하는 동안 물의 밀도는 다시 증가합니다.
3. 냉각된 물의 하강: 보일러의 상부에서 증기가 발생하고, 그 증기는 다시 하부로 전달됩니다. 이 과정에서 밀도가 증가한 냉각된 물은 다시 하부로 하강하여 순환을 지속합니다.
4. 순환의 지속: 이 과정은 자연적인 대류 현상에 의해 지속적으로 이루어지며, 외부 펌프 없이도 보일러 내부의 물이 순환됩니다.

 

자연 순환식 보일러의 주요 구성 요소

• 드럼: 물과 증기가 혼합되는 부분으로, 보일러의 상부에 위치하여 증기가 생성되고, 응축수는 다시 하부로 전달됩니다.
• 상부 방열기: 가열된 증기가 통과하면서 열을 방출하고, 이 열은 상부 방열기에 의해 물로 다시 전달됩니다.
• 하부 방열기: 물이 가열되는 부분으로, 연료가 연소되어 열이 방출됩니다.
• 순환관: 보일러의 상부와 하부를 연결하여 물과 증기의 순환을 돕습니다.

 

자연 순환식 보일러의 장점

1. 기계적 복잡성 감소: 외부 펌프나 추가적인 기계적 장치가 필요 없기 때문에 구조가 간단하고 유지보수가 용이합니다.
2. 신뢰성 높은 운영: 기계적 장치가 없기 때문에 고장 가능성이 적으며, 안정적인 운영이 가능합니다.
3. 에너지 효율성: 자연 순환으로 인해 에너지 손실이 적고, 열 효율이 높습니다.
4. 저렴한 설치 비용: 기계적 장치가 없으므로 설치 비용이 상대적으로 낮습니다.

 

자연 순환식 보일러의 단점

1. 속도 조절의 어려움: 순환이 자연적으로 이루어지기 때문에, 급격한 부하 변화나 출력 조절이 어려울 수 있습니다.
2. 설계 제한: 보일러의 크기와 설계에 따라 자연 순환이 어려울 수 있으며, 대형 보일러에 적용하는 데는 한계가 있을 수 있습니다.
3. 온도 균일성 문제: 온도 분포가 균일하지 않을 수 있어, 일부 구역에서 과열이나 냉각 문제를 일으킬 수 있습니다.

 

자연 순환식 보일러의 응용

• 산업용 보일러: 다양한 산업 분야에서 고온 고압의 증기를 생산하는 데 사용됩니다.
• 발전소: 화력 발전소와 원자력 발전소에서 에너지 생산에 중요한 역할을 합니다.
• 난방 시스템: 대형 난방 시스템에서 효율적인 열 공급을 위해 사용됩니다.