재열 랭킨 사이클 (Reheat Rankine Cycle)

한 줄 정의: 터빈 도중에 증기를 다시 가열해 팽창시키는 개량 랭킨 사이클입니다.

쉽게 풀면

증기터빈에서 증기를 한 번에 낮은 압력까지 팽창시키면 출구에서 물방울이 많이 생겨 날개가 깎입니다. 재열 사이클은 고압터빈에서 어느 정도 팽창시킨 증기를 보일러로 되돌려 다시 데운 뒤 저압터빈에서 마저 팽창시킵니다. 덕분에 출구 건도가 높아지고 평균 흡열온도도 올라갑니다.

왜 중요한가

대형 화력·원자력 발전소의 표준 구성이어서, 발전 사이클의 효율 개선을 논할 때 재생(급수가열)과 함께 가장 먼저 언급되는 방법입니다. 재열 압력 선정은 효율과 설비비를 함께 따지는 대표적 최적화 문제입니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"재열 압력을 주증기압의 약 1/4로 설정하였을 때 사이클 열효율이 최대가 되었다."

재열을 어느 압력에서 하느냐에 최적값이 있다는 결과입니다.

조금 더 깊게 보면

재열은 터빈 출구 건도를 높여 침식을 줄이는 것이 1차 목적이고, 열효율 상승은 보통 수 퍼센트 수준입니다. 재열 압력이 너무 높으면 효과가 작고, 너무 낮으면 재열 후 온도가 충분히 오르지 않아 오히려 불리해집니다. 초임계압 발전소에서는 재열을 두 번 하는 이중재열 구성을 쓰기도 합니다. 급수를 터빈 추기로 데우는 재생 사이클과 함께 적용해 재열·재생 사이클로 운용하는 것이 일반적입니다.

주의할 점

재열(reheat)과 재생(regeneration)은 이름이 비슷하지만 각각 증기를 다시 데우는 것과 급수를 데우는 것으로 전혀 다릅니다. 랭킨 사이클의 기본 구성에 한 단계를 더한 변형이라는 점을 구분해 읽어야 합니다.