우리나라 500MW 이상의 대용량 유연탄 석탄화력 발전소는 모두 42기로 설비 용량이 22,580MW로 우리나라 전체 발전설비 용량의 약 31%, 발전량으로는 약 40%정도를 차지하고 있어 국가경제발전은 물론 국민의 삶의 질을 향상시키는데 절대적으로 기여하고 있다. 그러나, 화력발전소가 우리나라 전체 이산화탄소 배출량의 약 25%정도(2004년 기준)를 차지하고 있고, 그 중 석탄화력발전소가 이산화탄소 배출량의 약 78%(2004년 기준)를 차지하고 있어 최근 전 세계적인 화두가 되고 있는 온실가스배출 감축이라는 측면에서 상당한 어려움에 직면할 것으로 보인다. 이에 석탄화력발전소의 고효율 발전을 이루어 이산화탄소 배출을 감축하는 것이 절실히 필요할 것으로 예상된다. 이러한 고효율 친환경 발전소를 이룩하기 위해서는 발전소에서 사용하고 있는 증기의 온도와 압력을 증가시켜야 한다. 이를 실현하기 위해서는 높은 온도와 압력에 견딜 수 있는 재료가 필수적으로 있어야 한다. 현재 신규석탄화력에 SA-213 T23이나 SA-213 T91/92, Super 304H등의 신재질이 사용되어 기존 표준석탄화력보다 높은 효율을 달성하였다. 그러나, 신규석탄화력의 준공 후 신재질인 T23 및 T91/92에 튜브 파열이나 누설, 균열의 문제가 계속 발생하고 있다. 이에 본 연구에서는 먼저, 신재질인 T23+T23 용접부위 ...
우리나라 500MW 이상의 대용량 유연탄 석탄화력 발전소는 모두 42기로 설비 용량이 22,580MW로 우리나라 전체 발전설비 용량의 약 31%, 발전량으로는 약 40%정도를 차지하고 있어 국가경제발전은 물론 국민의 삶의 질을 향상시키는데 절대적으로 기여하고 있다. 그러나, 화력발전소가 우리나라 전체 이산화탄소 배출량의 약 25%정도(2004년 기준)를 차지하고 있고, 그 중 석탄화력발전소가 이산화탄소 배출량의 약 78%(2004년 기준)를 차지하고 있어 최근 전 세계적인 화두가 되고 있는 온실가스배출 감축이라는 측면에서 상당한 어려움에 직면할 것으로 보인다. 이에 석탄화력발전소의 고효율 발전을 이루어 이산화탄소 배출을 감축하는 것이 절실히 필요할 것으로 예상된다. 이러한 고효율 친환경 발전소를 이룩하기 위해서는 발전소에서 사용하고 있는 증기의 온도와 압력을 증가시켜야 한다. 이를 실현하기 위해서는 높은 온도와 압력에 견딜 수 있는 재료가 필수적으로 있어야 한다. 현재 신규석탄화력에 SA-213 T23이나 SA-213 T91/92, Super 304H등의 신재질이 사용되어 기존 표준석탄화력보다 높은 효율을 달성하였다. 그러나, 신규석탄화력의 준공 후 신재질인 T23 및 T91/92에 튜브 파열이나 누설, 균열의 문제가 계속 발생하고 있다. 이에 본 연구에서는 먼저, 신재질인 T23+T23 용접부위 재열균열에 대한 사고 사례 분석 및 용접부위 개선안(T23 to T91) 시험, 개선부위 검증 결과에 대하여 분석하였다. 둘째 T91/92 산화스케일 박리에 의한 튜브 사고사례 및 T91/92를 Super 304H나 SA-213 347H로 교체하는 안에 대한 재질별 특성 및 시험 결과를 분석하였다. 그 결과 아래와 같은 결론을 얻을 수 있었다. 먼저, T23+T23 용접부위 재열균열에 대한 개선안으로 제시된 T91+T23의 이종용접부 크리프 파단 시험 결과 600℃, 650℃ 모두 T23에서 파손이 발생되었고, T91+T23 용접부에 T23 Filler Metal을 적용했을 경우가 T91 Filler Metal을 적용했을 경우보다 더 낮은 응력에서 파단이 일어나는 것을 확인하였다. 또한, T91 단관을 삽입하고 T91 Filler Metal을 적용할 경우, T23+T23 용접부에 비해 T23+T91용접부의 크리프 파단강도가 약간 크다는 것을 확인하였다. 그리고, T23+T23부위와 T23+T91부위 모두 표면복제 검사 결과 T23+T23부위는 단기 운전에 문제점으로 대두될 수 있는 D~E등급이 10개소로 62.5%를 차지하였고, 반면에 T23+T91은 단기 운전에 문제점으로 대두될 수 있는 D~E등급이 2개소로 25%를 차지하여 기존 T23+T23을 T23+T91로 개선하는 것이 효과가 있음을 확인하였다. 다음으로, T91/92 산화스케일 박리에 의한 튜브 손상은 T9/92 튜브인 9Cr강의 손상부위 미세조직 분석과 경도시험, 내면 산화스케일 검사 결과 600℃이상의 고온 부위에서 산화스케일 성장 및 부풀음(Blistering)이 가속화하는 것을 확인하였다. 또한, Metal Temperature를 Simulation한 결과 스케일이 없을 때는 최고 온도가 약 583℃, 스케일만 있을 때는 최고 온도가 약 600℃, 스케일과 부풀음이 동시에 있을 때는 약 687℃까지 상승되었다. 그리고, T91과 Super 304H, TP347H의 산화스케일 두께 비교결과 650℃에서 T91은 90㎛, Super 304H는 18㎛로 나타났고, 고온강도 비교 결과 650℃에서 T91은 3.0㎏/㎟, Super 304H는 8.2㎏/㎟으로 확인되어 600℃ 이상의 고온 부위에는 스테인레스강이 우수함을 확인하였다.
우리나라 500MW 이상의 대용량 유연탄 석탄화력 발전소는 모두 42기로 설비 용량이 22,580MW로 우리나라 전체 발전설비 용량의 약 31%, 발전량으로는 약 40%정도를 차지하고 있어 국가경제발전은 물론 국민의 삶의 질을 향상시키는데 절대적으로 기여하고 있다. 그러나, 화력발전소가 우리나라 전체 이산화탄소 배출량의 약 25%정도(2004년 기준)를 차지하고 있고, 그 중 석탄화력발전소가 이산화탄소 배출량의 약 78%(2004년 기준)를 차지하고 있어 최근 전 세계적인 화두가 되고 있는 온실가스배출 감축이라는 측면에서 상당한 어려움에 직면할 것으로 보인다. 이에 석탄화력발전소의 고효율 발전을 이루어 이산화탄소 배출을 감축하는 것이 절실히 필요할 것으로 예상된다. 이러한 고효율 친환경 발전소를 이룩하기 위해서는 발전소에서 사용하고 있는 증기의 온도와 압력을 증가시켜야 한다. 이를 실현하기 위해서는 높은 온도와 압력에 견딜 수 있는 재료가 필수적으로 있어야 한다. 현재 신규석탄화력에 SA-213 T23이나 SA-213 T91/92, Super 304H등의 신재질이 사용되어 기존 표준석탄화력보다 높은 효율을 달성하였다. 그러나, 신규석탄화력의 준공 후 신재질인 T23 및 T91/92에 튜브 파열이나 누설, 균열의 문제가 계속 발생하고 있다. 이에 본 연구에서는 먼저, 신재질인 T23+T23 용접부위 재열균열에 대한 사고 사례 분석 및 용접부위 개선안(T23 to T91) 시험, 개선부위 검증 결과에 대하여 분석하였다. 둘째 T91/92 산화스케일 박리에 의한 튜브 사고사례 및 T91/92를 Super 304H나 SA-213 347H로 교체하는 안에 대한 재질별 특성 및 시험 결과를 분석하였다. 그 결과 아래와 같은 결론을 얻을 수 있었다. 먼저, T23+T23 용접부위 재열균열에 대한 개선안으로 제시된 T91+T23의 이종용접부 크리프 파단 시험 결과 600℃, 650℃ 모두 T23에서 파손이 발생되었고, T91+T23 용접부에 T23 Filler Metal을 적용했을 경우가 T91 Filler Metal을 적용했을 경우보다 더 낮은 응력에서 파단이 일어나는 것을 확인하였다. 또한, T91 단관을 삽입하고 T91 Filler Metal을 적용할 경우, T23+T23 용접부에 비해 T23+T91용접부의 크리프 파단강도가 약간 크다는 것을 확인하였다. 그리고, T23+T23부위와 T23+T91부위 모두 표면복제 검사 결과 T23+T23부위는 단기 운전에 문제점으로 대두될 수 있는 D~E등급이 10개소로 62.5%를 차지하였고, 반면에 T23+T91은 단기 운전에 문제점으로 대두될 수 있는 D~E등급이 2개소로 25%를 차지하여 기존 T23+T23을 T23+T91로 개선하는 것이 효과가 있음을 확인하였다. 다음으로, T91/92 산화스케일 박리에 의한 튜브 손상은 T9/92 튜브인 9Cr강의 손상부위 미세조직 분석과 경도시험, 내면 산화스케일 검사 결과 600℃이상의 고온 부위에서 산화스케일 성장 및 부풀음(Blistering)이 가속화하는 것을 확인하였다. 또한, Metal Temperature를 Simulation한 결과 스케일이 없을 때는 최고 온도가 약 583℃, 스케일만 있을 때는 최고 온도가 약 600℃, 스케일과 부풀음이 동시에 있을 때는 약 687℃까지 상승되었다. 그리고, T91과 Super 304H, TP347H의 산화스케일 두께 비교결과 650℃에서 T91은 90㎛, Super 304H는 18㎛로 나타났고, 고온강도 비교 결과 650℃에서 T91은 3.0㎏/㎟, Super 304H는 8.2㎏/㎟으로 확인되어 600℃ 이상의 고온 부위에는 스테인레스강이 우수함을 확인하였다.
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