1. 물의 순환 방식에 따른 분류
- 자연순환식 (Natural Circulation)
- 원리: 증발관 내 물과 증기 혼합물의 밀도 차(수중량 차)에 의한 자연 대류로 증수를 순환시킵니다.
- 특징: 스팀 드럼(Drum)이 필수적이며, 증기의 압력이 아임계압인 발전소에 적용됩니다. 구조가 단순하고 보일러 용수 수질 관리의 허용 폭이 비교적 넓습니다.
- 강제순환식 (Forced Circulation)
- 원리: 자연 순환력만으로 부족한 고압 영역에서 순환 펌프(BCP)를 설치해 강제로 물을 순환시킵니다.
- 특징: 드럼을 사용하지만 증발관의 배치 자유도가 높고 부하 변동 대응력이 자연순환식보다 우수합니다.
- 관류식 (Once-through / Benson Boiler)
- 원리: 급수 펌프의 압력으로 물이 가열관을 한 번 통과하는 동안 예열, 증발, 과열이 연속적으로 일어납니다.
- 특징: 스팀 드럼이 없으며 이를 대신하여 기-수분리기(Steam-Water Separator)가 설치되어 아임계압 조건인 기동시 혹은 저부하에서 물과 증기를 분리합니다. 관류식은 초임계압(221.2 bar 이상) 및 초초임계압(USC) 발전소의 표준 방식입니다. 수질 요구조건이 매우 엄격하며 부하 변화에 즉각적으로 반응합니다.
2. 증기 압력에 따른 분류
기력발전소에서 최종 주증기의 온도와 압력이 증가하면 발전효율도 증가하게 되는데 이를 근거로 대형 발전소에서는 보일러에서 온도와 압력이 높은 보일러를 요구함에 따라 다음과 같은 명칭으로 분류되고 있습니다.
- 아임계압: 수증기의 압력이 아임계압인 221.2 bar 이하(통상 180bar)에서 작동하며 주증기의 온도는 통상 약 540°C 부근에서 운전되며 보일러 증발관에서 증기와 물의 상변화 경계가 명확하며 드럼이 설치되어 있습니다.
- 초임계압(Super Critical, SC급): 수증기의 압력이 물의 초임계압인 221.2 bar 이상(통상 250 bar)에서 주증기의 온도는 약 560°C 부근에서 운전되며 보일러 수관에서 물의 온도가 증가하면서 바로 증기로 연속 전이됩니다.
- 초초임계압(Ultra-Supercritical, USC급): 수증기 압력 260~300 bar, 온도는 약 600°C부근에 운전되어 발전효율이 극대화되며, 보일러 튜브가 값비싼 고온·고압용 고급 합금강 재질이 필수적이라서 주로 대형 발전소에 적용됩니다.
3. 연료 연소 방식에 따른 분류
- 미분탄 보일러 (PC, Pulverized Coal Boiler)
- 석탄을 가루(미분) 상태로 만들어 버너로 분사·연소하는 방식입니다.
- 보일러 기당 1000MW급까지 상용 보급되어 대용량 발전소의 대부분을 차지하며 응답성이 좋으나, SOx 제어를 위한 후처리 설비(SCR, FGD)가 필수적입니다.
- 순환유동층 보일러 (CFBC, Circulating Fluidized Bed Combustion)
- 모래, 석회석 등의 유동재와 연료를 공기로 부유시켜 저온(800~900°C)에서 연소시킵니다.
- 미분탄보일러 대비 스케일업이 어려워 1기당 최대 발전 용량은 약 600M인 반면 저품위 탄, 바이오매스, 폐기물 등 연료 다변화와 혼소가 가능하며, 연소 로 내에서 석회석 분사로 탈황이 이루어져 환경오염물질 배출이 적습니다.
- 복합화력 배열회수보일러 (HRSG, Heat Recovery Steam Generator)
- 가스터빈의 고온 배가스 열을 회수하여 증기를 생산합니다.
- 연소 장치가 따로 없거나 보조 버너만 장착되며, 열효율 증대를 위하여 용량에 따라서 고압, 중압, 저압 드럼이 한구조물에 설치되어 사용되기도 합니다. 최근에는 고효율 가스터빈 개발과 함께 초임계압 HRSG도 시장에 등장하여 설치 가동되고 있습니다.