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논문 상세정보

염화알칼리에 의한 과열기 소재의 고온부식 영향

High Temperature Corrosion Effect of Superheater Materials by Alkali Chlorides

청정기술 = Clean technology v.24 no.4 , 2018년, pp.339 - 347  
초록

화석연료로 인한 환경문제 및 기후변화 대응을 위해 신재생에너지 공급비중은 매년 증가하고 있으며 현재 폐기물 에너지는 신재생에너지 생산량의 60% 가량을 차지하고 있다. 그러나 폐기물은 화석연료에 비해 낮은 발열량을 가지고 여러 유해물질이 포함되어 있어 발전용 보일러에 적용 시 다양한 문제를 발생시킨다. 특히 연료 내 염소성분은 보일러 열교환부에 슬래깅 및 파울링을 증가시켜 열효율 감소와 고온부식의 주요 원인이 되며 설비 가동률을 낮추고 운전비용을 증가시킨다. 본 연구에서는 염화알칼리에 의한 과열기 소재의 부식특성 분석을 위해 과열기용 주요 금속소재(ASME SA213/ASTM A213 T2, T12 and T22 합금)를 대상으로 고온부식 실험을 수행하고 무게 감량법과 주사전자현미경 에너지분산분광기(SEM-EDS)를 활용해 다양한 조건에 따른 부식특성을 분석하였다. 실험 결과 온도 및 염화물 함량이 높을수록 부식이 증가하였으며 NaCl보다 KCl의 부식성이 더 높음을 확인하였다. 또한 소재의 크롬함량이 높을수록 염화알카리에 대한 내부식 특성이 우수하게 나타났다.

Abstract

In order to cope with environmental problems and climate change caused by fossil fuels, renewable energy supply is increasing year by year. Currently, waste energy accounts for 60% of renewable energy production. However, waste has a lower calorific value than fossil fuels and contains various harmful substances, which causes serious problems when applied to power generation boilers. In particular, the chlorine in the waste fuel increases slagging and fouling of boiler heat exchangers, leading to a reduction in thermal efficiency and the main cause of high temperature corrosion, lowering facility operation rate and increasing operating cost. In this study, the high temperature corrosion experiments of superheater materials (ASME SA213/ASTM A213 T2, T12 and T22 alloy steel) by alkali chlorides were conducted, and their corrosion characteristics were analyzed by the weight loss method and SEM-EDS. Experiments show that the higher the temperature and chloride content, the more corrosion occurs, and KCl further corrodes the materials compared to NaCl under the same condition. In addition, the higher the chromium content of the material, the better the corrosion resistance to the alkali chlorides.

본문요약 

문제 정의
  • 본 연구는 과열기 소재에 따라 염화알칼리에 의한 부식영향을 관찰하기 위하여 과열기 재질로 많이 사용되는 ASME SA213/ASTM A213 T2, T12 and T22 합금을 시편으로 제작하여 온도 조건의 변화와 염화알칼리(NaCl과 KCl) 종류에 따른 부식 영향을 관찰하였다.

    본 연구는 과열기 소재에 따라 염화알칼리에 의한 부식영향을 관찰하기 위하여 과열기 재질로 많이 사용되는 ASME SA213/ASTM A213 T2, T12 and T22 합금을 시편으로 제작하여 온도 조건의 변화와 염화알칼리(NaCl과 KCl) 종류에 따른 부식 영향을 관찰하였다. 부식 시편의 표면을 분석하기 위하여 주사전자현미경 에너지분산분광기(Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive Spectroscopy, SEM-EDS) 분석을 실시하여 표면의 부식 정도와 원소 분포를 관찰하였다.

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
염소
염소에 의해 발생하는 부식의 종류는 어떻게 나눠지는가?
가스 상에 의한 부식과 부착(deposition)에 의한 부식으로 나뉜다.

특히 연료 내 포함된 염소(Cl)성분에 의한 고온부식은 환경에 따라 열교환기에 심각한 손상을 발생시켜 수주에서 수개월 이내에 수관의 파열로 인한 설비의 가동정지를 초래할 수 있다. 염소에 의해 발생하는 부식은 가스 상에 의한 부식과 부착(deposition)에 의한 부식으로 나뉜다. 가스 상에 의한 부식은 주로 염화수소(HCl) 그리고 염소(Cl2)에 의해 발생되며 염화수소보다 염소의 부식성이 강한 것으로 알려져 있다.

발전용 보일러
폐기물을 연료로 사용할 때, 연료 내 염소성분은 발전용 보일러에 어떠한 영향을 미치는가?
연료 내 염소성분은 보일러 열교환부에 슬래깅 및 파울링을 증가시켜 열효율 감소와 고온부식의 주요 원인이 되며 설비 가동률을 낮추고 운전비용을 증가시킨다.

그러나 폐기물은 화석연료에 비해 낮은 발열량을 가지고 여러 유해물질이 포함되어 있어 발전용 보일러에 적용 시 다양한 문제를 발생시킨다. 특히 연료 내 염소성분은 보일러 열교환부에 슬래깅 및 파울링을 증가시켜 열효율 감소와 고온부식의 주요 원인이 되며 설비 가동률을 낮추고 운전비용을 증가시킨다. 본 연구에서는 염화알칼리에 의한 과열기 소재의 부식특성 분석을 위해 과열기용 주요 금속소재(ASME SA213/ASTM A213 T2, T12 and T22 합금)를 대상으로 고온부식 실험을 수행하고 무게 감량법과 주사전자현미경 에너지분산분광기(SEM-EDS)를 활용해 다양한 조건에 따른 부식특성을 분석하였다.

폐기물
폐기물을 발전용 보일러에 적용시 다양한 문제를 발생시키는 이유는 무엇인가?
폐기물은 화석연료에 비해 낮은 발열량을 가지고 여러 유해물질이 포함되어 있어 발전용 보일러에 적용 시 다양한 문제를 발생시킨다

화석연료로 인한 환경문제 및 기후변화 대응을 위해 신재생에너지 공급비중은 매년 증가하고 있으며 현재 폐기물 에너지는 신재생에너지 생산량의 60% 가량을 차지하고 있다. 그러나 폐기물은 화석연료에 비해 낮은 발열량을 가지고 여러 유해물질이 포함되어 있어 발전용 보일러에 적용 시 다양한 문제를 발생시킨다. 특히 연료 내 염소성분은 보일러 열교환부에 슬래깅 및 파울링을 증가시켜 열효율 감소와 고온부식의 주요 원인이 되며 설비 가동률을 낮추고 운전비용을 증가시킨다.

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