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논문 상세정보

순환유동층보일러의 과열기 튜브 부식에 알칼리 금속과 염소가 미치는 영향

Effects of Alkali Metals and Chlorine on Corrosion of Super Heater Tube in Biomass Circulating Fluidized Bed Boiler

초록

본 연구에서는 순환유동층 보일러 과열기 튜브의 부식 원인물질을 규명하여, 부식방지를 위한 방안을 모색하고자 하였다. 연료, 과열기 튜브 부식부위, 과열기 튜브에 부착된 재 및 보일러 재를 채취하여 성분분석을 수행하였다. 과열기 튜브 부식부위에서 산화로 인한 O성분이 함유되어 있는 것을 확인하였다. 과열기 튜브 부착 재 및 보일러 재에서 6.1% 및 4.3%의 Cl이 분석되었으며, 이는 설계값의 약 14-20배 정도 높은 수치이다. 또한 알칼리 금속물질(K, Na, Ca)의 함량이 매우 높게 분석되었다. XRF 데이터를 이용하여 보일러에서 재의 슬래깅과 파울링에 대한 영향을 예측하였다. Basicity는 과열기 튜브 부착 재 및 보일러 재에서 각각 3.62 및 2.72로 산정되었으며, 설계값인 0.35에 비하여 높은 수치를 갖는 것으로 확인되었다.

Abstract

This study provides the identification of corrosion cause substances in super heater tube from a commercial scale circulating fluidized bed boiler. Electricity is produced by the combustion of biomass mainly wood waste. The biomass, super heater tube, super heater tube ash, and boiler ash were collected and components associated with corrosion were analyzed. A large amount of oxygen-containing material was found due to oxidation. The chlorine content was analyzed as 6.1% and 4.3% in super heater tube ash and boiler ash respectively which were approximately 20 and 14 times higher than those of designed values. Also, alkaline metal contents (K, Na, Ca) were very high in ash samples collected from super heater tube and boiler. The tendency of slagging and fouling was predicted based on X-Ray Fluorescence (XRF) results. Basicity that can lead to slagging was estimated as 3.62 and 2.72 in super heater tube and boiler ash, respectively. Slagging would occur with ash content when considering the designed value as 0.35.

질의응답 

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
침식
침식의 발생 원인은 무엇인가?
유체가 고체에 반복적으로 충돌함으로 생기는 손상으로써 물리적 마찰과 화학적 반응이 원인으로 작용

보일러에서 발생하는 고온부식, 침식은 연료의 종류, 연소조건 등에 따른 보일러의 구조,전열관 온도, 재료, 열부하 등으로 인하여 발생한다[7]. 침식은 유체가 고체에 반복적으로 충돌함으로 생기는 손상으로써 물리적 마찰과 화학적 반응이 원인으로 작용한다. 또한 침식과 부식이 복합적으로 작용하여 부식에 의하여 침식이 가속화된다[8-10].

순환유동층 연소 방법
순환유동층 연소 방법의 작동 메커니즘은 어떠한가?
연소로 출구에 위치한 사이클론에서는 연소가스에 함유된 분진 및 유동사가 포집되며, 포집된 유동사는 사이클론 하부에 위치한 외부 열교환기를 거쳐 연소로에 재투입된다

스토커형, 선회류형, 유동층 등 다양한 형태의 연로소가 바이오매스 연소발전에 적용되고 있다. 이 중 순환유동층 연소 방법을 적용하는 경우, 연소로 출구에 위치한 사이클론에서는 연소가스에 함유된 분진 및 유동사가 포집되며, 포집된 유동사는 사이클론 하부에 위치한 외부 열교환기를 거쳐 연소로에 재투입된다. 배출가스는 과열기와 접촉하게 되는데 열교환기에서 생성된 증기를 보다 고온의 증기로 만들어 발전용 터빈에 투입한다.

바이오매스 연소공정
바이오매스 연소공정은 미국 및 일본 등에서 어떻게 적용되고 있는가?
석탄발전소 및 소각로에서 혼합 연소하고 있다

바이오매스 연소공정은 유럽의 지역난방, 동남아시아 등 바이오매스 자원이 풍부한 국가의 발전 등에 주로 적용되고 있다. 또한, 미국 및 일본 등에서는 석탄발전소 및 소각로에서 혼합 연소하고 있다[5]. 전 세계 바이오매스 발전 용량은 약 93GW 수준이며, 발전량도 증가하여 2013년 396 TWh에서 2014년 433TWh로 증가하였다[6].

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