500MW Two-Pass Type보일러는 국내 발전사에 20여개 호기가 도입된 신 규석탄화력 보일러로 NOx저감을 위한 LNCFS (Low NOx Concentric Firing System)버너를 가지고 있다. 2004년 국제석탄시장의 변동성 확대 이후, 설계 기준을 벗어난 저발열량, 불균질한 성상을 가진 저가탄의 수입이 점증하면서, 보일러의 화염 불안정, 후부연소 등 안정적 운영을 저해하는 문제점들이 지속 적으로 발생하고 있다. 특히 국내 500MW Two Pass Type보일러에서는 최종 재열기(FRH)에서 온도가 편향되는 문제가 발생하여 과열로 인한 튜브 손상이 우려되고 있지만, 반복되는 탄종교체로 편류개선을 위한 연소조정을 시도하기 도 어려운 상황이다. 따라서 본 연구에서는 전산수치해석(...
500 MW급 Two Pass Type 접선연소 보일러의 연소가스 편류저감 연구
500MW Two-Pass Type보일러는 국내 발전사에 20여개 호기가 도입된 신 규석탄화력 보일러로 NOx저감을 위한 LNCFS (Low NOx Concentric Firing System)버너를 가지고 있다. 2004년 국제석탄시장의 변동성 확대 이후, 설계 기준을 벗어난 저발열량, 불균질한 성상을 가진 저가탄의 수입이 점증하면서, 보일러의 화염 불안정, 후부연소 등 안정적 운영을 저해하는 문제점들이 지속 적으로 발생하고 있다. 특히 국내 500MW Two Pass Type보일러에서는 최종 재열기(FRH)에서 온도가 편향되는 문제가 발생하여 과열로 인한 튜브 손상이 우려되고 있지만, 반복되는 탄종교체로 편류개선을 위한 연소조정을 시도하기 도 어려운 상황이다. 따라서 본 연구에서는 전산수치해석(CFD) 프로그램을 활용하여 국내 500MW급 Two-Pass Type 보일러의 ‘분리형과잉공기 노즐’(SOFA)의 조정을 통해 보일러 내부의 연소가스 유동특성 및 화염분포를 변경하여 보일러 상부 최종재열기(FRH)구역의 Tube Metal 최고온도 및 온도편차를 저감시키고자 하였으며 결론은 다음과 같다. 가. 500MW Two-Pass Type보일러의 NOx 저감용 LNCFS (Low NOx Concentric Firing System)버너에서 발생하는 강한 난류의 선회 유동(Fire Ball)은 필연적으로 보일러 상부 전열면 구역에 화염편류를 일으키는 원인이 된다. 때문에 연소공기의 45%를 공급하는 SOFA영역은 미분탄의 완전연소를 위한 과잉공기 공급의 역할을 하면서, 추가적으로 화염분포 균일화 및 화염편 류 저감을 위해 보일러 내부의 선회력을 상쇄하는 역할을 해주어야 한다. 나. SOFA 영역의 Parameter 조절을 통해 보일러 상부의 첫 번째 대류전열 면인 최종재열기(FRH)의 좌, 우, 상, 하로 열부하 파형이 변동되도록 편류현 상을 만들거나, 상쇄하는 것이 가능함을 알 수 있었다. 다. 최종재열기(FRH) 전열면 편류저감을 목표했던 대상 보일러는 Case 8의 운전상태 적용으로 FRH 최고온도를 160K 낮출 수 있고, 약 33%의 표준편차 개선효과를 얻을 수 있어, 화염편류 개선 및 FRH 전열면 온도균일화에 가장 효과적인 선택임을 보여준다. 이를 통해 향후 보일러 FRH Tube 손상방지로 불시정지 우려 해소와 함께 이용률 증가로 발전소 운영에 크게 도움이 될 것 으로 예상된다.
500 MW급 Two Pass Type 접선연소 보일러의 연소가스 편류저감 연구
500MW Two-Pass Type보일러는 국내 발전사에 20여개 호기가 도입된 신 규석탄화력 보일러로 NOx저감을 위한 LNCFS (Low NOx Concentric Firing System)버너를 가지고 있다. 2004년 국제석탄시장의 변동성 확대 이후, 설계 기준을 벗어난 저발열량, 불균질한 성상을 가진 저가탄의 수입이 점증하면서, 보일러의 화염 불안정, 후부연소 등 안정적 운영을 저해하는 문제점들이 지속 적으로 발생하고 있다. 특히 국내 500MW Two Pass Type보일러에서는 최종 재열기(FRH)에서 온도가 편향되는 문제가 발생하여 과열로 인한 튜브 손상이 우려되고 있지만, 반복되는 탄종교체로 편류개선을 위한 연소조정을 시도하기 도 어려운 상황이다. 따라서 본 연구에서는 전산수치해석(CFD) 프로그램을 활용하여 국내 500MW급 Two-Pass Type 보일러의 ‘분리형과잉공기 노즐’(SOFA)의 조정을 통해 보일러 내부의 연소가스 유동특성 및 화염분포를 변경하여 보일러 상부 최종재열기(FRH)구역의 Tube Metal 최고온도 및 온도편차를 저감시키고자 하였으며 결론은 다음과 같다. 가. 500MW Two-Pass Type보일러의 NOx 저감용 LNCFS (Low NOx Concentric Firing System)버너에서 발생하는 강한 난류의 선회 유동(Fire Ball)은 필연적으로 보일러 상부 전열면 구역에 화염편류를 일으키는 원인이 된다. 때문에 연소공기의 45%를 공급하는 SOFA영역은 미분탄의 완전연소를 위한 과잉공기 공급의 역할을 하면서, 추가적으로 화염분포 균일화 및 화염편 류 저감을 위해 보일러 내부의 선회력을 상쇄하는 역할을 해주어야 한다. 나. SOFA 영역의 Parameter 조절을 통해 보일러 상부의 첫 번째 대류전열 면인 최종재열기(FRH)의 좌, 우, 상, 하로 열부하 파형이 변동되도록 편류현 상을 만들거나, 상쇄하는 것이 가능함을 알 수 있었다. 다. 최종재열기(FRH) 전열면 편류저감을 목표했던 대상 보일러는 Case 8의 운전상태 적용으로 FRH 최고온도를 160K 낮출 수 있고, 약 33%의 표준편차 개선효과를 얻을 수 있어, 화염편류 개선 및 FRH 전열면 온도균일화에 가장 효과적인 선택임을 보여준다. 이를 통해 향후 보일러 FRH Tube 손상방지로 불시정지 우려 해소와 함께 이용률 증가로 발전소 운영에 크게 도움이 될 것 으로 예상된다.
The 500MW Two-Pass Type boiler is a new coal-fired boiler with more than 20 units introduced to domestic power generation companies. It has a LNCFS (Low NOx Concentric Firing System) burner for NOx reduction. Since the volatility of the international coal market in 2004 has been incr...
The 500MW Two-Pass Type boiler is a new coal-fired boiler with more than 20 units introduced to domestic power generation companies. It has a LNCFS (Low NOx Concentric Firing System) burner for NOx reduction. Since the volatility of the international coal market in 2004 has been increasing, imports of low-cost coal with low calorific value and inhomogeneous characteristics outside the design standards have been increasing, and problems such as flame instability and back burning of boilers have been impeded steadily have. Particularly in domestic 500MW Two Pass Type boiler, there is a problem that the temperature is deflected in FRH, so there is concern about tube damage due to overheating. In this study, the CFD program was used to control the combustion gas flow characteristics and the flame distribution inside the boiler through the adjustment of the SOFA nozzle of 500MW domestic two-pass type boiler, We tried to reduce the maximum temperature and temperature variation of tube metal in FRH zone. The conclusion is as follows. 500 MW Two Pass Type A strong turbulent flow from the LNCFS (Low NOx Concentric Firing System) burner for the NOx reduction of the boiler is inevitably the cause of the flame drift in the upper boiler area. Therefore, the SOFA region supplying 45% of the combustion air should serve as an excess air supply for the complete combustion of the pulverized coal, and additionally serve to offset the turning force inside the boiler in order to equalize the flame distribution and reduce flame swirl. It is found that it is possible to make or cancel the drift phenomenon so that the heat load waveform changes to the left, right, top, and bottom of the FRH, which is the first convection heat front surface of the boiler upper part. The target boiler which aimed to reduce FRH drift shows that the application of Case 8 can lower the maximum FRH temperature by 160K and the standard deviation improvement of about 33%, which is the most effective choice for flame swirl improvement and FRH temperature equalization . As a result, the FRH Tube will be prevented from damaging the boiler and it will be helpful for the operation of the power plant due to the increase of the utilization rate.
The 500MW Two-Pass Type boiler is a new coal-fired boiler with more than 20 units introduced to domestic power generation companies. It has a LNCFS (Low NOx Concentric Firing System) burner for NOx reduction. Since the volatility of the international coal market in 2004 has been increasing, imports of low-cost coal with low calorific value and inhomogeneous characteristics outside the design standards have been increasing, and problems such as flame instability and back burning of boilers have been impeded steadily have. Particularly in domestic 500MW Two Pass Type boiler, there is a problem that the temperature is deflected in FRH, so there is concern about tube damage due to overheating. In this study, the CFD program was used to control the combustion gas flow characteristics and the flame distribution inside the boiler through the adjustment of the SOFA nozzle of 500MW domestic two-pass type boiler, We tried to reduce the maximum temperature and temperature variation of tube metal in FRH zone. The conclusion is as follows. 500 MW Two Pass Type A strong turbulent flow from the LNCFS (Low NOx Concentric Firing System) burner for the NOx reduction of the boiler is inevitably the cause of the flame drift in the upper boiler area. Therefore, the SOFA region supplying 45% of the combustion air should serve as an excess air supply for the complete combustion of the pulverized coal, and additionally serve to offset the turning force inside the boiler in order to equalize the flame distribution and reduce flame swirl. It is found that it is possible to make or cancel the drift phenomenon so that the heat load waveform changes to the left, right, top, and bottom of the FRH, which is the first convection heat front surface of the boiler upper part. The target boiler which aimed to reduce FRH drift shows that the application of Case 8 can lower the maximum FRH temperature by 160K and the standard deviation improvement of about 33%, which is the most effective choice for flame swirl improvement and FRH temperature equalization . As a result, the FRH Tube will be prevented from damaging the boiler and it will be helpful for the operation of the power plant due to the increase of the utilization rate.
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