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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 상업운전중인 초임계압, 관류형 석탄화력 보일러를 모델로, 특정부하에서 발생하는 소음진동 원인을 규명하고 해결책을 제시함으로서 향후 건설되는 대용량 보일러의 공진문제를 해결하였다.
제안 방법
- 1차 공진은 출력 550 MW에서 신화탄(중국)에서 대동탄(중국)으로 탄을 변경 후 소음이 발생하였으나, 다시 신화탄으로 변경되었을 때 소음은 소멸되었다. 소음진동은 연소가스 조성, 온도 등에 따라 영향을 받는데, 탄이 변경되어 소멸됨에 따라 탄에 의한 영향으로 추정하였다.
- 모델 보일러의 진동을 측정하고자 1차 재열기, 2차 절탄기의 Buck-stay에 가속도센서를 오른쪽 측면과 후부에 각각 2개씩 부착하였다. 센서에서 발생되는 신호를 증폭하기 위하여 Charge Amp 4-Ch 1대, 1-Ch 2대를 설치하였다.
- 소음측정은 2차 절탄기 우측 외벽에서 측정하였으며, 주파수 분석을 위하여 측정신호를 신호분석기에 전송하는 Front End, 분석용 컴퓨터, 진동소음분석 소프트웨어가 장착된 FFT Analyzer를 사용하였다. 특히, 공진이 발생할 때 음향모드를 분석하기 위해서 2차 절탄기 보일러후부 외벽을 따라 일정한 간격으로 음압을 측정하였다. 진동 측정위치는 Table 3 및 Fig.
- 일반적으로 부식에 대한 취약 온도는 초임계 온도보다 아임계에서 부식이 더 심하므로, 실험 용기에 초임계 압력조건에서 온도를 아임계 온도인 300℃, 340℃의 폐수에 304SS, 316SS, AL6XN, Hastelloy C-276, Inconel-625, MAT21, Titanium Gr.5의 시편을 각각 2주, 4주 동안 침지 시험을 수행한 후각 합금의 무게감소를 측정하는 한편 이로부터 각 합금의 부식속도(miles per year : mpy)를 계산하였다. 이때 침지시험 후 시편의 무게가 증가하면 양 (+)의 무게감소 및 음(-)의 부식속도를 보이며, 무게가 감소하면 음의 무게감소 및 양의 부식속도 나타난다.
대상 데이터
- 모델 보일러의 진동을 측정하고자 1차 재열기, 2차 절탄기의 Buck-stay에 가속도센서를 오른쪽 측면과 후부에 각각 2개씩 부착하였다. 센서에서 발생되는 신호를 증폭하기 위하여 Charge Amp 4-Ch 1대, 1-Ch 2대를 설치하였다. 소음측정은 2차 절탄기 우측 외벽에서 측정하였으며, 주파수 분석을 위하여 측정신호를 신호분석기에 전송하는 Front End, 분석용 컴퓨터, 진동소음분석 소프트웨어가 장착된 FFT Analyzer를 사용하였다.
데이터처리
- 센서에서 발생되는 신호를 증폭하기 위하여 Charge Amp 4-Ch 1대, 1-Ch 2대를 설치하였다. 소음측정은 2차 절탄기 우측 외벽에서 측정하였으며, 주파수 분석을 위하여 측정신호를 신호분석기에 전송하는 Front End, 분석용 컴퓨터, 진동소음분석 소프트웨어가 장착된 FFT Analyzer를 사용하였다. 특히, 공진이 발생할 때 음향모드를 분석하기 위해서 2차 절탄기 보일러후부 외벽을 따라 일정한 간격으로 음압을 측정하였다.
성능/효과
- 진동크기는 1차 재열기, 2차 절탄기 중간에서 모두 증가하였으며, 최대 490 μm, P-P까지 증가함을 알 수 있다.
- 측정결과에 의하면 부하 600 MW에서 탁월주파수는 없었으며, 650 MW에서 탁월주파수가 37.5 Hz 로 나타났다. 출력이 증가함에 따라 탁월주파수는 38.
- 주파수 스펙트럼에서 탁월주파수에 해당하는 성분의 진동크기가 전체 진동 크기의 대부분을 차지하였다. 소음측정 스펙트럼 자료를 살펴보면, 부하 650 MW에서 37.5 Hz의 배수에 해당하는 조화성분이 나타났다. 부하가 증가됨에 따라 탁월주파수는 거의 일정한 상태로(약 0.
- 5 Hz의 배수에 해당하는 조화성분이 나타났다. 부하가 증가됨에 따라 탁월주파수는 거의 일정한 상태로(약 0.5 Hz 증가) 유지되었으며, 소음 크기는 최대 95.8 dB(A)까지 증가하였다.
- 따라서 이와 같은 진동, 소음분석을 통해 상기의 현상은 전열면을 형성하는 공동의 음향 고유주파수와 전열면을 지나가는 연소가스에 의한 와류생성주파수가 일치되어 발생하는 음향공진의 전형적인 현상으로 판단되었다.
- 음향공진이 발생하였던 출력 750 MW에서 2차 절탄기 소음의 크기는 95.8 dB(A)이었으나, AntiAcoustic을 설치 후 2차 절탄기상부에서는 32 dB(A)로 약 54 dB(A)가량 감소됨을 확인하였다. 이는 Anti-Acoustic 배플을 설치함으로서 고유주파수가 변경되어 공진이 발생되지 않은 것으로 판단된다.
- 보일러에서 발생하는 소음진동을 해결하기 위해서는 연소가스 흐름에 의하여 발생되는 와류생성주파수와 구조물의 갖는 음향 고유주파수를 비교함으로서 최적의 Anti-Acoustic 배플 수량과 위치를 선정할 수 있다. 또한 현장에서 실측한 탁월주파수 (37.5 Hz)와 3차 음향 고유주파수(37.2 Hz)의 차이가 미미함을 알 수 있었다. 따라서 보일러에서 발생하는 소음, 진동을 감쇄시키는 방법으로 와류생성 고유주파수와 구조물의 고유주파수를 검토, 적용하는 것이 타당함을 알 수 있었다.
- 2 Hz)의 차이가 미미함을 알 수 있었다. 따라서 보일러에서 발생하는 소음, 진동을 감쇄시키는 방법으로 와류생성 고유주파수와 구조물의 고유주파수를 검토, 적용하는 것이 타당함을 알 수 있었다.
- 석탄전소보일러는 가스, 유류전소 보일러에서 다르게 Seasoning, 파울링 및 운전조건 변화 즉, 석탄의 변경에 따른 연소가스 조성변화 등으로 소음진동을 감쇄시킬 수 있으나, 이러한 방법은 근본적인 조치가 아니다. 모델 보일러의 소음진동은 현장에서 측정한 결과와 주파수 분석을 통하여 2차 절탄기에서 음향공진이 발생하고 있는 것을 확인하였다. 이러한 음향공진을 해결하기 위하여 2차 절탄기 전열면에 Anti-Acoustic 배플을 설치함으로서, 음향 고유주파수가 변경되어 소음을 저감하였다.
- 1) 보일러 부하 650 MW에서 750 MW에 걸쳐 발생하는 소음진동 원인은 전열면을 지나가는 연소가스의 흐름에 의하여 발생하는 와류생성주파수와 전열면을 구성하는 공동의 고유주파수가 일치됨으로서 생기는 음향공진이었다.
- 2) 음향공진은 와류생성주파수와 음향 고유주파수의 비교 및 현장 실측을 통하여 2차 절탄기 전열면에서 3차 모드형태로 발생하고 있는 것을 알 수 있었다. 이를 회피하기 2차 절탄기의 전열면에 5개의 Anti-Acoustic 배플을 횡 방향으로 설치함으로서 보일러 출력 750 MW에서 소음의 크기가 54 dB(A)가량 감소됨을 확인할 수 있었다.
- 2) 음향공진은 와류생성주파수와 음향 고유주파수의 비교 및 현장 실측을 통하여 2차 절탄기 전열면에서 3차 모드형태로 발생하고 있는 것을 알 수 있었다. 이를 회피하기 2차 절탄기의 전열면에 5개의 Anti-Acoustic 배플을 횡 방향으로 설치함으로서 보일러 출력 750 MW에서 소음의 크기가 54 dB(A)가량 감소됨을 확인할 수 있었다.
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