본 연구에서는 순환유동층보일러의 베드가 과열되어 층 물질의 소결이 발생하고 노 내 유동물질에 의해 보일러튜브가 마모 되는 것을 최소화하기 위하여, 노 하부 베드의 층 물질량 조정을 통한 베드 온도 변화를 실험적으로 연구하였다. 실험은 300MW급 순환유동층보일러인 여수화력 2호기를 대상으로 하였으며 터빈출력, 석탄소비량, 공기량 등을 고정한 상태에서 층 물질 양을 감소시켜 베드 압력을 설계값 4.5KPa에서 2.5KPa까지 감소시켰다. 결론적으로 층 물질 양을 적정하게 줄이면 베드 온도가 저하 되나, 지속적으로 저하되지 않는 것을 확인 하였으며, 베드 압력 3.0KPa, 즉 베드 물질량 110 톤을 변곡점으로 하여 베드 온도는 상승하기 시작하였다. 층 물질량이 충분히 많은 상태에서, 층 물질량이 감소되면 베드 온도는 저하되며, 층 물질량이 적정량 보다 적으면 노 내 유동물질의 순환량 감소로 베드 온도는 상승함을 알 수 있었다. 또한 유동층보일러에서 베드 온도 변화는 단순히 층 물질의 양 뿐만 아니라, 보일러 용량 및 연료의 성상 등에 따라 변화 추이가 매우 다양하게 나타난다는 것을 알 수 있었다.
본 연구에서는 순환유동층보일러의 베드가 과열되어 층 물질의 소결이 발생하고 노 내 유동물질에 의해 보일러튜브가 마모 되는 것을 최소화하기 위하여, 노 하부 베드의 층 물질량 조정을 통한 베드 온도 변화를 실험적으로 연구하였다. 실험은 300MW급 순환유동층보일러인 여수화력 2호기를 대상으로 하였으며 터빈출력, 석탄소비량, 공기량 등을 고정한 상태에서 층 물질 양을 감소시켜 베드 압력을 설계값 4.5KPa에서 2.5KPa까지 감소시켰다. 결론적으로 층 물질 양을 적정하게 줄이면 베드 온도가 저하 되나, 지속적으로 저하되지 않는 것을 확인 하였으며, 베드 압력 3.0KPa, 즉 베드 물질량 110 톤을 변곡점으로 하여 베드 온도는 상승하기 시작하였다. 층 물질량이 충분히 많은 상태에서, 층 물질량이 감소되면 베드 온도는 저하되며, 층 물질량이 적정량 보다 적으면 노 내 유동물질의 순환량 감소로 베드 온도는 상승함을 알 수 있었다. 또한 유동층보일러에서 베드 온도 변화는 단순히 층 물질의 양 뿐만 아니라, 보일러 용량 및 연료의 성상 등에 따라 변화 추이가 매우 다양하게 나타난다는 것을 알 수 있었다.
The CFB boilers technology is facing a number of challenges. Among them, boiler tube erosion, sintering by bed inventory overheating and high self consumed service power are major ones. This study was conducted to obtain allowable bed inventory with the Yeosu Power Plant, a 300 MW class CFB boiler. ...
The CFB boilers technology is facing a number of challenges. Among them, boiler tube erosion, sintering by bed inventory overheating and high self consumed service power are major ones. This study was conducted to obtain allowable bed inventory with the Yeosu Power Plant, a 300 MW class CFB boiler. For the test, bed pressure was reduced from design pressure of 4.5 KPa to 2.5 KPa by reducing bed inventory, at fixed turbine output, coal consumption rate and air flow. Consequently, reducing the lower bed inventory is effective to decrease bed temperature but excessive reducing might increase bed temperature due to lack of circulating fluidized materials. Also, in case of the Yeosu Plant boiler using subbituminous coal as its primary fuel, its bed temperature change is highly affected by not only the amount of bed inventory, but also the boiler capacity and coal contents.
The CFB boilers technology is facing a number of challenges. Among them, boiler tube erosion, sintering by bed inventory overheating and high self consumed service power are major ones. This study was conducted to obtain allowable bed inventory with the Yeosu Power Plant, a 300 MW class CFB boiler. For the test, bed pressure was reduced from design pressure of 4.5 KPa to 2.5 KPa by reducing bed inventory, at fixed turbine output, coal consumption rate and air flow. Consequently, reducing the lower bed inventory is effective to decrease bed temperature but excessive reducing might increase bed temperature due to lack of circulating fluidized materials. Also, in case of the Yeosu Plant boiler using subbituminous coal as its primary fuel, its bed temperature change is highly affected by not only the amount of bed inventory, but also the boiler capacity and coal contents.
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문제 정의
(1) 발전 플랜트의 특성상 설비의 안정적이고 연속적인 운전이 반드시 수반되어야 하나, 튜브 보수작업을 위한 정지작업이 수반되어 이에 따른 경제적 비용 또한 발생하고 있어 튜브 마모 최소화를 위한 층 물질의 최소화는 반드시 필요하다. 이에 본 논문에서는 연소로 층 물질(bed inventory)을 조절하여 베드 온도의 변화를 실험적으로 연구하여 300MW 급 유동층보일러의 적정한 층 물질량을 산정하였다.
제안 방법
300MW 급 순환유동층보일러에 석탄분쇄기를 통과시킨 직경 10mm 이하의 아역청탄을 시간당 150ton, 직경 600mesh 이하의 석회석을 시간당 4ton으로 고정하여 투입한다. 터빈 출력은 정격보다 약간 낮은 320MW 로 유지 하였으며, 석탄의 주요 성상은 탄소 41%, 휘발분 40.
본 논문은 여수화력 2호기 아역청탄 전소 순환유동층보일러를 대상으로 출력 320MW에서 베드애쉬인출설비를 이용하여 노 하부 층 물질량을 설계값 140ton에서 100ton까지 저하시켜, 베드 온도의 변화를 감안한 적정 층 물질량을 분석하였으며 이를 통해 다음과 같은 결론을 얻었다.
5% 등이다. 실험은 노 하부에 설치된 건식저회냉각인출설비(air cooled bed ash extraction system)를 사용하여 정상 운전에서의 노 하부 층 물질량인 140ton에서 10ton, 20ton, 30ton, 40ton 그리고 50ton을 감소시켜 이에 따른 베드 온도를 측정하였다.
5 ton/h 로 조정하였다. 운전원 제어실에서 배출량에 따른 베드 압력을 모니터링 하였으며, 운전 감시의 효율성을 기하기 위하여 층 물질량 조정은 베드 압력을 기준으로 진행하였다. 베드 압력 측정 지점은 노 바닥 기준 상부 0.
베드온도가 경고치 이상으로 과도하게 상승하는 경우 기본적으로 제어시스템에서 자동으로 일차공기 유량을 증가시켜서 베드 온도를 낮추게 되며, 베드 온도 제어의 보조 수단으로 가스재순환 팬이 설치되어 있어 베드 온도가 과도하게 상승시, 가스재순환 팬이 운전된다. 인출 설비로 회를 배출한 후 모든 운전조건이 충분히 안정된 상태에서 베드 온도를 측정하였으며, 각 열전대에서 측정된 온도의 평균 온도를 베드 온도로 하였다.
대상 데이터
Fig. 1에는 본 연구의 대상이 되는 여수화력 2호기 300MW 급 순환유동층보일러의 구성을 보여준다. 연소로는 폭이 8.
모델 발전소인 여수화력 2호기는 중유화력발전소에서 보일러 부분만 순환유동층 보일러로 개조한 것으로 2011년 9월에 준공되었으며, 순환유동층 연소, 평형통풍, 증기 드럼, 자연순환 방식을 사용하고 있다. 증기계통은 압력 17.
성능/효과
(1) 층 물질량을 140ton에서 110ton으로 줄이면 일차송풍기에 의한 송풍량 증가 효과로 베드 온도가 저하되며, 층 물질량을 110ton에서 100ton으로 줄이면 노 내 유동물질의 부족으로 베드 온도는 상승 하였다.
(2) 노 하부 베드 온도가 층 물질량 110ton(베드 압력 3.0㎪)에서 가장 낮은 점을 감안하여, 300MW급 여수화력 유동층보일러의 적정 층 물질량은 110ton 임을 알 수 있었다.
따라서 유동층 보일러에서 층 물질량 감소시 베드 온도는 상승 혹은 저하 될 수 있으나 그 변화가 항상 일정한 패턴으로 나타나는 것은 아니며, 석탄의 성상, 보일러 용량에 따른 전열면 배치 및 보일러 기동 초기 층 물질 주입량 등의 다양한 조건들에 의해 영향을 받는 것으로 판단할 수 있다. 여수화력의 경우 석탄의 회분이 매우 적고, 휘발분은 매우 높아 상업운전 이후 적정한 층 물질량 확인 및 베드 온도 유지에 많은 어려움이 있었으나, 본 연구를 통하여 베드 압력 3.
본 실험에서는 층 물질량을 140 ton에서 110ton으로 감소시킬 때, 일차공기 송풍기의 정압은 감소하고 송풍량이 증가함에 따라, 유동물질의 부상활동이 증가하고, 이에 따른 노 내 열교환량 증가로 베드 온도가 저하 되었으며, 층 물질량을 110ton에서 100ton으로 감소시킬 때에는 노 내 유동물질의 부족으로 인하여 베드에서 보일러 수냉벽 측으로 열교환량이 감소하면서 베드 온도가 상승됨을 알 수 있었다.
따라서 유동층 보일러에서 층 물질량 감소시 베드 온도는 상승 혹은 저하 될 수 있으나 그 변화가 항상 일정한 패턴으로 나타나는 것은 아니며, 석탄의 성상, 보일러 용량에 따른 전열면 배치 및 보일러 기동 초기 층 물질 주입량 등의 다양한 조건들에 의해 영향을 받는 것으로 판단할 수 있다. 여수화력의 경우 석탄의 회분이 매우 적고, 휘발분은 매우 높아 상업운전 이후 적정한 층 물질량 확인 및 베드 온도 유지에 많은 어려움이 있었으나, 본 연구를 통하여 베드 압력 3.0㎪ 에 해당되는 층 물질량 110톤이 여수화력 유동층 보일러 튜브 마모에 결정적인 역할을 하는 층 물질량의 최소 운전점을 확인할 수 있었다. 아울러, 본 연구는 현재 남동발전에서 시운전중인 여수화력 1호기 운전 참고자료로서 큰 활용도가 있을 것으로 기대되며, 아울러 향후 연구 과제로서 석탄의 발열량, 휘발분 및 입도 등이 베드 온도에 미치는 영향을 조사할 계획이다.
Yang 등(2) 의 연구에서는 베드 압력 감소 시 베드 온도가 서서히 증가하다, 일정 베드 압력 보다 낮아지면 베드 온도가 감소되는 특이한 결과를 나타내었다. 연구에 언급된 보일러 증발량은 75ton/h 으로 여수화력 보일러 증발량 970ton/h 대비 아주 소용량이며, 석탄의 성상도 아역청탄을 주 연료로 하는 여수화력과 매우 상이한, 회분은 무려 40%, 휘발분은 14% 에 불과한 역청탄 계열로서 실험 결과를 단순하게 여수화력 보일러 특성과 비교함은 적절치 않은 것으로 판단된다.
후속연구
0㎪ 에 해당되는 층 물질량 110톤이 여수화력 유동층 보일러 튜브 마모에 결정적인 역할을 하는 층 물질량의 최소 운전점을 확인할 수 있었다. 아울러, 본 연구는 현재 남동발전에서 시운전중인 여수화력 1호기 운전 참고자료로서 큰 활용도가 있을 것으로 기대되며, 아울러 향후 연구 과제로서 석탄의 발열량, 휘발분 및 입도 등이 베드 온도에 미치는 영향을 조사할 계획이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
순환유동층보일러의 장점은 무엇인가?
순환유동층보일러는 전력생산에 있어 연료의 다양성, 미분탄 보일러 대비 낮은 연소온도로 인한 질소산화물 저감 등 상대적으로 적은 대기환경 오염물질을 배출하는 장점을 가지고 있다. 하지만 아직은 많은 기술적 문제에 직면해 있는데, 그 중에서 층 물질로 인한 노 내 전열면 튜브 마모는 특히 심각하여 보일러 이용률을 크게 저하 시키고 있다.
순환유동층보일러의 기술적 문제는 무엇인가?
순환유동층보일러는 전력생산에 있어 연료의 다양성, 미분탄 보일러 대비 낮은 연소온도로 인한 질소산화물 저감 등 상대적으로 적은 대기환경 오염물질을 배출하는 장점을 가지고 있다. 하지만 아직은 많은 기술적 문제에 직면해 있는데, 그 중에서 층 물질로 인한 노 내 전열면 튜브 마모는 특히 심각하여 보일러 이용률을 크게 저하 시키고 있다.(1) 발전 플랜트의 특성상 설비의 안정적이고 연속적인 운전이 반드시 수반되어야 하나, 튜브 보수작업을 위한 정지작업이 수반되어 이에 따른 경제적 비용 또한 발생하고 있어 튜브 마모 최소화를 위한 층 물질의 최소화는 반드시 필요하다.
여수화력 2호기의 특징은 무엇인가?
모델 발전소인 여수화력 2호기는 중유화력발전소에서 보일러 부분만 순환유동층 보일러로 개조한 것으로 2011년 9월에 준공되었으며, 순환유동층 연소, 평형통풍, 증기 드럼, 자연순환 방식을 사용하고 있다. 증기계통은 압력 17.
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