제 1 편 보 일 러
제 1 장 보일러(Boiler) 개요
1.1 보일러의 정의
강철로 만든 밀폐된 용기 안에서 물을 가열하여 높은 온도, 높은 압력의 증기를 발생시키는 장치
1.2 물의 임계압 특성
⑴ 물의 임계압은 225.6(kg/cm2
)이며, 임계온도는 374℃
⑵ 임계압에서 물의 증발잠열은 "0"이다.
⑶ 임계압에서 포화수와 포화증기의 비체적과 비중량은 같다.
1.3 물의 비등
⑴ 핵비등(Nucleate Boiling)
· S점이 포화상태이며, 핵비등은 포화상태에서 열부하가 더 증가되면 튜브 내면에서 증기가 발생하는 현상
· C점은 핵비등을 유지하는 최대의 열부하가 되고 이점 이 임계 열부하(Departure From Nucleate Boiling) 점이다.
⑵ 막비등(Film Boiling)
·막비등은 가열된 튜브 내면에서 연속적으로 기포가 발생되어 튜브 내면이 증기막으로 싸이는 현상
·증기는 물보다 열전달율이 낮아 막비등이 발생되면 튜브의 온도가 급격히 상승되어 튜브가 과열될 우려가 있다.
·관류형 보일러는 약간의 막비등이 허용되고 있으며 순환형 보일러는 노의 고온부에서 막비등이 발생하는 경우가 있다.
1.4 보일러 효율
⑴ 발전용 보일러 효율은 약 90% 정도이다.
⑵ 효율 공식
η = 출열／입열 * 100(%)
= 증기증발량(kg/h)*[증기엔탈피(kcal/kg)-급수엔탈피(kcal/kg)]／연 료소비량(kg/h)*연료발열량(kcal/kg) * 100
⑶ 보일러의 열 손실:약 10% 정도
·배기손실 ·불안전 연소손실 ·방산 열손실 ·회(Ash) 함유열
·기동 및 정지손실
⑷ 열손실 저감 대책
·드레인(Drain)과 블로우다운(Blow Down) 밸브(Valve)를 불필요하게 열지 말 것.
·불량한 증기 트랩(Steam Trap)을 적기 정비하여, 증기 배출을 방지할 것.
·보조증기를 낭비하지 말 것.
·증기와 물의 누설을 방지 할 것.
·연소공기와 연소가스의 누설을 방지할 것.
·적정 과일 공기를 공급할 것.
제 2 장 순환 보일러
2.1 순환비(Circulation Ratio)
·상승관 출구에서 드럼으로 유입되는 기수혼합물과 기수혼합물중에 포함된 증기의 비율이며, 보일러수의 순환량은 순환비로 계산할 수 있다.
·순환비가 크다는 것은 보일러의 보유수량이 많음을 의미하여 보일러의 열 관성(Thermal Inertia)이 커서 기동, 정지시간이 길어지고 정지시 열손실 도 증가한다.
·일반적으로 순환비는 자연순환 보일러가 강제순환 보일러보다 크다.
·순환비(C.R) = 상승관 출구에서 기수혼합물의 중량／상승관 출구에서 증 기의 중량
2.2 자연순환 보일러(Natural Circulation Boiler)
· 급수는 절탄기를 거쳐 드럼으로 유입된다. 절탄기에서 유입된 급수와 드럼에서 기수 분리된 포 화수는 강수관, 하부헤더를 거쳐, 수냉벽에서 노(Furnace) 내부의 복사열 을 흡수한다.
⑴ 순환력
· 자연순환 보일러에서 보일러수의 흐름이다. 보일러수의 순 환은 수냉벽 속의 기수(포화증기와 포화수) 혼합물의 밀도와 강수관으로 흐르는 물의 밀도차에 의해서 이루어진다. 수냉벽으로 흐르는 보일러수 는 노에서 불꽃과 고온(高溫)의 연소가스에 의해서 가열되어 기수혼합물 이 된다.
·노 외부에 설치된 강수관속의 물은 밀도가 높으므로 수냉벽속의 기수혼합 물을 밀어 드럼으로 상승시킨다. 순환력이 부족하면 수냉벽으로 흐르는 유량이 적어져 수냉벽이 고열(高熱)에 의해서 과열될 우려가 있다.
⑵ 순환력의 크기
순환력 = (강수관 물의 밀도-수냉벽 기수혼합물의 밀도)*드럼높이*튜브면적
⑶ 순환력에 영향을 미치는 요인
·열흡수량 ·보일러 높이 ·사용압력 증가
⑷ 순환력을 증가시키는 방법
·강수관을 노 외부의 비가열 부분에 설치한다.
·드럼의 위치를 높게한다.
·수관의 직경을 크게하여 보일러수의 마찰 손실을 적게한다.
·수관을 가급적 직관으로 설치하여 유동 손실을 적게한다.
⑸ 보일러수 흐름 경로절 탄 기
→드럼(Drum)
→강수관(Down Comer)
→하부헤더
↑
└----──----------------┐
┌→ 포화수
→수냉벽
→상승관
→드럼(기수분리)
→└→ 포화증기
→포화증기관
→1차 과열기
→2차 과열기
→고압 터빈
→재열기
→중압터빈
⑹ 연소가스 흐름 경로연소실
→과열기
→재열기
→절탄기
→공기예열기
→집진기
→유인송풍기
→연돌
⑺ 자연순환 보일러의 특성
·자연순환 보일러는 보일러수 순환을 위한 별도의 설비가 없으므로 구조가 간단하다.
·운전이 비교적 용이하다.
·증기압력이 높아지면 순환력이 저하된다.
·보일러의 보유수량이 많아서 기동, 정지 시간이 길어지고 정지시 열손실 이 많다.
2.3 강제순환 보일러(Controlled Circulation Boiler)
· 보일러수를 순환시키기 위하여 보일러수 순환펌프 (Boiler Water Circulation Pump;BWCP)를 사용한다.
·강수관에 설치된 순환펌프는 드럼에 저장된 물을 흡입하여 하부헤더 (Lower Header) 및 수냉벽을 거쳐 드럼으로 강제순환시킨다.
·강제순환 보일러는 자연순환 보일러보다 순환력이 좋으므로 보일러의 크 기가 같은 경우 더 많은 증기를 생산할 수 있다.
⑴ 순환력
·증기압력이 높아지면 포화수와 포화증기의 밀도차가 적어져 충분한 순환 력을 얻을 수 없으므로 순환펌프가 순환력을 증가 시킨다.
·강제순환 보일러의 순환력 = 자연순환력+보일러수 순환펌프의 순환력
⑵ 강제순환 보일러의 장점
·강제순환 보일러는 순환펌프가 있으므로 사용압력이 증가하여도 충분한 순환력을 얻을 수 있다.
·하부헤더(Low Header) 내부에 오리피스(Orifice)를 설치하여 증발관으로 흐르는 유량을 일정하게 하며, 오리피스 입구에 스트레이너(Strainer)를 설치하여 오리피스의 막힘(Plugging)을 방지한다.
·순환력이 크므로 보일러수의 순환이 원활하여 증발관이 과열될 염려가 적 다.
·튜브 직경이 작아 내압 강도가 크므로 튜브 두께가 얇아져 열전달율이 좋 아진다.
·보일러 보유수량이 적어 기동, 정지시간이 단축되고 정지시 열손실이 감 소한다.
·전열면의 수관을 자유롭게 배치할 수 있어 연료나 연소방식에 따를 노 (Furnace) 구성이 자유롭다.
·보일러 점화전 순환펌프가 보일러수를 순환시키므로 물때(Scale) 생성이 비교적 적다.
⑶ 강제 순환보일러의 단점
·보일러수 순환펌프가 설치되므로 소내전력이 증가한다.
·보일러수 순환펌프의 유지 정비가 어렵고, 고장시 출력감발 및 보일러 정 지가 불가피하다.
·기동, 정지 절차와 운전이 복잡하다.
⑷ 보일러수 순환펌프(Boiler Water Circulation Pump:BWCP)
·보일러수 순환펌프가 고온 고압의 포화수를 가압할 때 그랜드(Gland) 부 에서 물이 새어 대기로 방출되면 급격히 증기로 변화되므로 이를 방지하 기 위해서 특수한 축 밀봉장치를 설치한다.
·삼천포화력과 서천화력에서 사용되는 Glandless Submerged Motor Pump의 특징
① 이 형식의 펌프는 그랜드부를 없애기 위해 펌프와 모터의 케이싱이 일 체로 만들어지므로 고온 고압의 보일러수가 모터 내부로 유입될 가능 성이 있다.
② 모터의 회전자와 고정자 공간(Cavity)으로 흐르는 고압 냉각수가 고온 의 보일러수에서 모터로 전도되는 열을 냉각시킨다.
③ 순환펌프 하부에 설치된 보조 펌프가 고압 냉각수를 모터에서 냉각기 로 순환시켜 모터의 온도를 허용치 이내로 유지시킨다.
제 3 장 관류 보일러(Once Through Boiler)
·발전소의 효율은 사용압력과 온도를 높이면 상승한다. 그러나 사용온도 는 보일러 튜브 및 터빈의 재질 때문에 더 이상 높이지 못하므로 압력을 초임계압으로 상승하여 효율을 향상시킨다.
·관류 보일러는 급수펌프가 보일러 수를 순환시키며 임계점 이상에서는 기 수분리기가 불가능하므로 초임계압 보일러는 반드시 관류 보일러를 사용 한다.
3.1 관류 보일러 구성
·절단기(Economizer), 증발관(Evaporator), 과열기(Superheater)가 하나의 긴관(Single Flow Tube)으로 구성되어 있으며, 급수펌프가 공급한 물은 순차적으로 예열, 증발하여 과열증기가 된다.
3.2 관류 보일러 특징
⑴ 직경이 작은 튜브가 사용되므로 중량이 가볍고, 내압 강도가 크나, 압력 손실이 증대되어 급수펌프의 동력손실이 많다.
⑵ 보일러 보유수량이 적어 기동시간이 빠르고 부하 추종이 양호하나 고도 의 제어기술과 각종 보호장치가 필요하다.
⑶ 기동시 증기가 고압터빈을 바이패스하여 재열기로 흐르므로 재열기의 과 열을 방지할 수 있다.
⑷ 터빈 정지시 보일러의 단독운전이 가능하다.
⑸ 복수기는 터빈을 바이패스한 증기를 응축시키기 위해서 보일러 점화전 정상 상태로 운전시켜야 한다.
⑹ 운전중 보일러수에 포함된 고형물이나 염분 배출을 위한 불로우 다운 (Blow Down)이 불가능하여 보충수량은 적으나 수질관리를 철저히 하여야 한다.
⑺ 노 하부 수냉벽은 나선형(Spiral Type)으로 설치되고 버너 부근의 고열 (高熱)을 흡수하는 수관은 리브드 튜브(Ribbed Tube)를 사용한다.
3.3 벤슨 보일러(Benson Boiler)
·과열기 출구에 기동용 훌래시 탱크(Flash Tank)가 설치되어 있다. 보일 러 기동시 과열기까지 순환한 물은 기동용 훌래시 탱크(Flash Tank)를 거 쳐 배수저장조 혹을 급수저장조로 회수된다.
·기동 초기 보일러 튜브(Tube)속의 불순물에 의해 오염된 보일러수는 배수 탱크로 버린다. 시간이 경과되면 보일러수의 수질이 점차적으로 좋아지 고 수질이 개선된 보일러수는 급수저장조로 회수되어 보일러수로 재 사용 된다.
·벤슨 보일러(Benson Boiler) 특징
+-- 급수가 보일러 내부로 흐르고있는 상태에서 버너(Burner)가 점화된 | 다.
+-- 증발관에서 유동안정을 위하여 최소 급수량은 정격 급수량의 약 30% | 이상 유지되어야 한다.
+-- 보일러 기동시 보일러수가 증발관과 과열기로 흐르므로 튜브내면의 | 물 때 (Scale)가 제거된다.
+-- 보일러를 단시간 정지후 재기동시 보일러를 반드시 냉각시켜야 하므로 재기동시 열 손실과 시간 손실이 많고 보틀 업(Bottle-up)이 불가능하다.
3.4 슐처보일러(Sulzer Boiler)
⑴ 보령화력 #3.4.5.6 호기 초임계압 보일러 계통도이다.
⑵ 증발관 출구에 설치된 기수분리기(Separator)가 기동 및 정지 그리고 저 부하시 기수(汽水) 혼합물을 분리시키며, 정상 운전시는 보일러수가 증발 관에서 모두 증기로 변하므로 기수분리의 필요성이 없다.
⑶ 기수분리기 하부에 설치된 순환펌프(Circulating Pump)는 포화수를 절탄 기 입구로 재순환 시킨다.
⑷ 기동시 과열기로 물이 순환되지 않으므로 열간기동(Hot Start-up)이 가 능하다.
⑸ 보일러 기동시간이 단축되고 열손실이 감소된다.
제 4 장 절탄기(Economizer)
4.1 절탄기 정의
보일러에서 배출되는 연소가스의 남은 열을 이용하여 보일러에 공급되는 급수를 예열하는 장치
4.2 절탄기 효과
⑴ 연소가스의 남은 열을 이용하여 급수를 예열하므로 보일러 효율이 상승 된다.
⑵ 급수를 가열하므로 드럼과 급수 온도차가 적어져 드럼의 열응력 발생을 저감시킨다.
4.3 절탄기 위치
·급수 기준으로 최종 급수가열기와 드럼 사이에 위치
·연소가스 기준으로 가스 온도가 약 400℃ 정도 되는 보일러의 후부 통로 1차 과열기와 공기예열기 사이에 위치한다.
4.4 절탄기 재순환 관(Economizer Recirculation Line)
·순환 보일러는 승압기간중 드럼으로 공급되는 물이 거의 없다. 절탄기는 상대적으로 저온구역에 설치됨에도 불구하고 몇몇 절탄기에서 승압기간중 증기가 발생한다. 급수가 드럼으로 공급될 때까지 이 증기는 절탄기 내 부에 갇혀있다. 이 현상은 드럼 수위 조정을 어렵게 할 뿐 아니라 워터 햄머(Water Hammer)를 일으킨다.
·이러한 어려움은 절탄기 내부에 갇혀있는 증기를 배출시키거나, 보일러수 를 절탄기로 순환시키므로 해결할 수 있다.
·만약 재순환관을 사용한다면 재순환 밸브는 보일러수 가 절탄기를 통해 보일러로 연속적으로 공급될 때까지 열려 있어야 한다.
제 5 장 드럼(Drum)
5.1 기능
·보일러수와 증기의 순환 경로를 구성하다.
·증발관에서 유입되는 기수(汽水) 혼합물을 분리한다.
·보일러수를 저장한다.
·드럼내부의 고형물질을 배출시킨다.
5.2 구성 요소
⑴ 급수관(Feed Water Pipe)
절탄기에서 예열된 급수를 드럼으로 공급한다. 급수를 균등하게 공급하 기 위해서 드럼의 길이 방향으로 설치되어 있으며, 작은 구멍들이 뚫어 져 있다.
⑵ 강수관(Down Comer)
드럼하부에 설치되어 하부헤더와 연결되어 있으며 순환력을 크게 하기 위하여 노 외부의 비 가열 부분에 설치한다.
⑶ 상승관(Riser Tube)
수냉벽 출구에 설치되어 기수(汽水) 혼합물을 드럼으로 공급하는 관으로 드럼 상부로 연결된다.
⑷ 격판(Shroud, Baffle)
상승관의 기수 혼합물을 드럼의 내면으로 안내하여 드럼을 균일하게 가 열하므로 열응력 발생을 억제한다.
⑸ 원심 분리기(Cyclone Separator)
기수 혼합물을 선회시켜 물은 원심력에 의해 밖으로 밀려 원통 주위를 회전하면서 아래로 떨어지고 증기는 상부로 올라가 과 열기로 흐른다.
⑹ 건조기(Dryer)
포화증기 속에 함유된 습분을 제거하기 위해서 주름진 철판을 여러겹 겹 쳐 드럼 상부 증기통로에 설치한다. 수분이 포함된 포화증기가 건조기 를 통과할 때 증기의 흐름 방향이 변화하면서 물은 철판에 부딪쳐 드럼 으로 떨어진다.
⑺ 포화 증기관(Saturation Steam Pipe)
드럼과 과열기 입구헤더를 연결하는 관으로서 드럼에서 나온 증기를 과 열기로 흐르게 한다.
⑻ 수위계(Level Gauge)
· 수위가 쉽게 인식되기 위해서 수부 와 증기부가 청색과 적색의 2가지 색(Bi-color)으로 표시되는 수면계가 많이 사용된다.
·고온 고압의 물과 증기에 사용되는 드럼 수위계는 취급에 주의를 하지 않 으면 열 충격으로 파손되는 경우가 있다.
⑼ 기타
·불로우다운(Blow Down) 관.
·안전 밸브(Safety Valve).
·벤트 파이프(Vent Pipe).
5.3 드럼 수위
⑴ 기준
·드럼의 수위 기준은 기수분리기 하단이며 드럼의 수위가 상승되면 기수 분리기가 물 속에 잠겨 기수분리가 어려워진다.
·드럼의 정상 수위는 "0"으로 표시하면 높으면 +, 낮으면 -로 표시한다.
·정상 수위 "0"는 드럼의 중심점보다 약간 낮다.
·정상 수위보다 일정치 이상 낮거나 높으면 보일러를 정지시킨다.
⑵ 수위 이상시 문제점
① 고 수위
·수위가 높아지면 기수가 분리되지 않아 증기가 다량의 수분을 함유 하고 과열기로 흐르며 과열기 내부에서 물때(Cale)가 생성되어 과열 기가 과열될 우려가 있다.
·과열기나 터빈에 보일러수가 유입되면 다음과 같은 현상이 발생
+-- 터빈 케이싱(Casing)과 로타(Rotor)의 팽창차가 급변한다.
+-- 터빈 블레이드 침식 및 진동이 발생된다.
② 저 수위
드럼수위가 너무 낮게되면 일부 수관은 물 부족현상이 발생할 수 있어 과열 될 우려가 있다.
⑶ 수위 변화의 요인
·터빈 부하가 급격히 변화할 경우
·연료량이 급격히 변화할 경우
·드럼 압력이 급격히 변화할 경우
·보일러 튜브가 파열된 경우
·드럼 수위 검출 및 전송 계통이 고장난 경우
⑷ 수위 제어
·보일러 드럼 수위를 정확하고 신뢰성 있게 제어하기 위해서 3요소 제어방 식(3 Element Control System)이 채택된다.
+-- 드럼 수위(Drum Level)
+-- 증기량(Steam Flow)
+-- 급수량(Feed Water Flow)
5.4 드럼 보호
·드럼의 열응력 발생을 방지 위해서 드럼 상하부 온도차를 55℃ 이내, 내 외부 온도차를 65℃ 이내로 제한하며 기동, 정지시 관수 온도 변화율은 일반적으로 다음과 같이 제한
+-- 자연 순환 보일러 : 55℃/hr
+-- 강제 순환 보일러 : 110℃/hr
+-- 관류 보일러:220℃/hr
제 6 장 노(Furnace)
6.1 노(爐)
·연료와 연소용 공기가 혼합되어 연료의 가연 성분이 연소되는 공간이며 노 벽을 구성하는 수냉벽 내부로 보일러수가 흐르면서 연료의 연소열을 흡수하여 증기로 변환된다.
·연료를 완전히 연소시키고 노 출구 온도를 적당히 낮출수 있도록 충분히 커야 한다.
6.2 노 벽의 구조
⑴ 노 벽을 구성하는 스터트 수냉벽의 구조이다.
⑵ 노의 수냉벽은 연소가스의 누출이나 공기의 누입이 없도록 전용접 수냉 벽 방식을 많이 채택한다.
⑶ 노 외벽은 열 방산을 최소로 하기 위해서 충분히 보온되어야 한다.
⑷ 벅 스테이(Buckstay)는 노(Furnace) 외부 혹은 내부에 가해지는 힘으로 부터 노 벽을 보호한다.
제 7 장 과열기(Superheater) 및 재열기(Reheater)
7.1 과열기 및 재열기 사용 목적
⑴ 발전소 열효율은 증기압력과 증기온도가 높을수록 증가한다.
⑵ 과열기는 드럼에서 분리된 포화증기를 가열하여 온도가 높은 과열증기로 만든다.
⑶ 과열증기를 사용하므로 터빈에서 열낙차가 증가하고, 터빈의 내부효율이 증가한다.
⑷ 터빈과 증기공급관의 마찰손실이 적어지고, 습분에 의한 침식이 경감된 다.
⑸ 재열기(Reheater)는 고압터빈(high Pressure Turbine)에서 일을 한 온도 가 떨어진 증기를 다시 가열하여 과열도를 높이는 장치이다.
⑹ 재열기는 발전소의 열효율을 향상시키고, 저압터빈(Low Pressure Turbi-
ne) 날개(Blade)의 침식을 경감시킨다.
7.2 과열기 및 재열기 형식
⑴ 전열 방식에 따른 분류
① 복사과열기(Radiant Superheater)
② 대류과열기(Convection Superheater)
③ 복사-대류과열기
⑵ 유동방식에 따른 분류
① 병류식 ② 향류식 ③ 혼류식
⑶ 설치방식에 따른 분류
① 수평식
·설치가 곤란하다.
·응축수(Drain Water)의 배출이 용이하다.
② 수직식
·설치가 용이하다.
·응축수(Drain Water)의 배출이 곤란하다.
7.3 증기온도 조절
⑴ 증기온도가 떨어지는 요인
·과일공기가 부족한 경우
·급수온도가 기준온도보다 높은 경우
·재열기 입구온도가 기준온도보다 낮은 경우
·과열저감기가 누설되는 경우
·석탄회가 과열기 및 재열기 표면에 부착된 경우
⑵ 증기온도가 올라가는 요인
·과잉공기가 많은 경우
·급수온도가 기준온도보다 낮은 경우
·재열기 입구온도가 기준온도보다 높은 경우
·석탄회가 수관 표면에 부착된 경우
·연소시간이 길어지는 경우
⑶ 증기온도 조절방법
① 과열저감기(Desuperheater or Spray Attemperator)의 분사량 조절
·과열저감기는 과열증기 통로에 설치되어 분사 노즐(Spray Nozzle)에서 물을 분사시켜 증기온도를 내린다.
·이 방법은 증기온도를 내리는 방법 중 가장 보편화된 방법이며 증 기 온도의 조절범위가 넓고, 시간이 빠르다.
·분사수가 증기와 직접 혼합되므로 과열기 및 터빈에 부착되는 물 때(Scale)를 방지하기 위해서 분사수의 순도가 좋아야 한다.
② 화염위치 변경
·미국 C.E 社(Combustion Engineering)의 경사각 조절 버너(Tilting Burner)는 노의 4 모퉁이에 설치되어 상하 30°의 각도로 조절 할 수 있다.
·버너 분사각이 상방향(+30°)이면 증기온도가 올라가고 하방향
(-30°)이면 증기온도가 떨어진다.
·버너의 분사각은 증기온도에 따라 자동적으로 조절된다.
③ 가스 재순환(Gas Recirculation)량 조절
·가스 재순환 설비는 보일러 부하가 낮은 경우 과열증기 특히 재열 증기 온도를 상승시킨다.
·가스 재순환 송풍기가 절탄기를 통과한 연소가스의 일부를 노 하부 로 공급하여 전열면(절탄기, 수냉벽, 과열기, 재열기)에서 흡수열 량을 변화시킨다.
·재순환 가스량이 증가하면 증기온도가 올라가고 감소하면 증기온도 가 떨어진다.
·연소가스가 재순환되면 연소상태가 불량하여 소화(消火)의 위험이 있다.
제 8 장 보일러 튜브(Tube)
8.1 튜브의 구비 요건
⑴ 인장강도와 크리프(Creep) 강도는 사용온도와 압력에 견딜 수 있는 여유 가 있어야 한다.
⑵ 튜브 내면은 내산화성이어야 하고, 외면은 연소가스 및 석탄회에 대한 내식성과 내마모성이 있어야 한다.
⑶ 용접성이 우수하고, 가공성이 좋아야 한다.
⑷ 열전달율이 좋아야 한다.
⑸ 가격이 저렴해야 한다.
8.2 튜브 파열
⑴ 발생 원인
·튜브사용 시간의 경과에 따라 서서히 조직 및 재질의 물성치(인장강도, 경도 등)가 저하되는 자연열화.
·보일러 튜브 재질 선택의 부적정.
·보일러 튜브 제작과 시공시 열처리 및 용접작업의 불량.
·운전 부주의로 인한 튜브 온도 급격한 변화.
⑵ 현상
보일러수의 보충 수량(Make Up Water Flow)이 증가되면서 급수량과 증기 량의 편차가 많아진다.
·드럼수위가 낮아진다.
·노내부 압력이 급격히 증가하며, 연소가스가 노밖으로 분출된다.
이로 인해 유인송풍기(ID Fan) 부하가 급증한다.
·노에서 연소상태가 불량하여 화염이 어두워지는 경우도 있다.
·분출음이 들리며, 연돌에서 수증기가 배출된다.
이와 같은 현상으로 튜브 파열을 감지하는데, 이때 고장이 확대되지 않도록 조기에 발견하는 것이 중요하다.
⑶ 조치 사항
① 운전원은 유인송풍기의 과부하를 방지하기 위해서 운전상태를 수동으 로 절환하고 유인송풍기 부하를 조절해야 한다.
② 드럼 수위를 유지할 수 있으면 급전 사정을 고려하여 정상적인 절차 에 의해 보일러를 정지시킨다.
③ 드럼 수위를 유지할 수 없으면 보일러를 비상정지 시킨다.
8.3 튜브 파열 방지 대책
⑴ 보일러 기동·정지시 온도 변화율을 허용치 이내로 준수하고, 출력의 급 격한 변화를 방지한다.
⑵ 제매작업시 배관을 충분이 예열하고, 드레인 배출을 철저히 한다.
⑶ 연소가스의 편류를 방지하기 위해서 편류 방지판(Baffle Plate)을 설치 하고, 연소가스 속도가 빠른 부위와 제매(Soot Blowing) 증기가 접촉되 는 부분에 마모 방지판(Tube Shield)을 설치한다.
⑷ 보일러 급수 처리를 철저히 하여 튜브 내면에 물때(Scle) 생성을 방지한 다.
⑸ 튜브상태를 파악하여 장·단기 교체 계획을 수립하여 적기 교체한다.
제 9 장 통풍 장치
9.1 통풍장치
연소공기를 노(Furnace)로 공급하고, 연소가스를 대기로 배출시키는 설비
⑴ 풍도(Air Duct)
노에 연소공기를 공급하는 통로이며 압입 송풍기(Forced Draft Fan)에서 노까지이다. 풍도에는 증기식 공기예열기, 공기예열기, 윈드 박스(Wind Box)가 설치되어 있다.
⑵ 연도(Flue Gas Duct)
연소가스가 지나가는 통로이며 노(Furnace)에서 연돌까지 이다. 연도에 는 과열기, 재열기, 절탄기, 공기예열기, 전기집진기, 유인 송풍기가 설 치되어 있다.
9.2 송풍기의 분류
대부분 발전소의 압입 송풍기와 유인 송풍기는 원심 송풍기를 사용하고 있으나, 최근에 건설된 보령화력 # 3.4.5.6 호기와 삼천포화력 # 3.4 호기의 송풍기는 축류 송풍기이다.
⑴ 원심 송풍기
·회전차(Impeller)의 원주속도가 기체에 원심력을 주며 이 원심력이 기체 를 축 방향으로 흡입하여 원주방향으로 이동시킨다.
·원심 송풍기의 특징
+-- 취급이 용이하다.
+-- 소음이 적다.
+-- 효율이 낮다.
⑵ 축류 송풍기
·축(Shaft)에 부착된 날개(Blade)의 양력을 이용하며 이 양력이 기체를 축 방향으로 흡입하여 축방향으로 이동시킨다.
·축류송풍기의 특징
+-- 크기가 작다.
+-- 가격이 싸다.
+-- 풍량제어가 용이하다.
+-- 소음이 크다.
+-- 가동익 조절장치가 연소가스의 침식에 의해 고장 나기 쉽다.
9.3 통풍계통에 설치된 송풍기의 종류
⑴ 압입 송풍기(Forced Draft Fan;FD Fan)
·대기에서 연소공기를 흡입하여 버너로 분배하기 위해서 윈드박스(Win Box)로 공급하며, 평형 통풍과 압입 통풍방식 모두에 설치된다.
·보일러 점화전 압입 송풍기는 노를 정화(淨化;Purge) 시키기 위해서 깨끗 한 공기를 공급하며, 미분탄 연소 보일러에 1차공기를 공급하는 경우도 있다.
·퍼지(Purge)는 노내부에 잔존하는 가연성 가스가 버너 점화시 화염에 의 해 순간적으로 연소하는 현상을 방지하기 위해 가연성 가스를 배출시키는 과정이다.
·베어링 냉각방식은 중·대용량 송풍기는 수냉식을, 소용량 송풍기는 공냉 식을 사용하나다.
⑵ 유인 송풍기(Induced Draft Fan;ID Fan)
·연소가스를 노(Furnace)내부에서 흡입하여 대기로 분산시키기 위해서 굴 뚝으로 배출시키며, 평형통풍 방식에만 설치된다.
·보일러 점화전 유인 송풍기는 노내부와 연도에 잔존하는 가연성 가스를 대기로 배출시킨다.
⑶ 가스 재순환 송풍기(Gas Recirculation Fan;GR Fan)
·절탄기 출구에서 400℃ 정도의 연소가스를 노(Furnace) 하부로 공급하여 증기온도를 조절한다.
⑷ 1차 공기 송풍기(Primary Air Fan; PA Fan)
·미분기에서 분쇄된 미분탄을 버너로 운반하여 노 내부로 분사시킨다.
9.4 풍량제어
·풍량은 송풍기의 압력곡선과 저항곡선의 교차점에서 결정되므로, 풍량제 어는 두곡선의 교차점을 이동시킨다.
·압력곡선은 송풍기의 회전수 변화에 의해서, 저항곡선은 송풍기 출구 댐 퍼개도에 의해서 변화된다.
⑴ 속도 제어방식(Speed Control)
·송풍기의 속도를 변화시켜 풍량을 제어한다.
⑵ 입구베인 제어방식(Inlet Vance Control)
·송풍기 입구베인 개도를 조절하여 풍량을 제어한다.
·송풍기 회전수는 일정하지만 입구베인 개도가 송풍기로 유입되는 풍량을 조절하므로써 압력곡선이 변화된다.
⑶ 출구댐퍼 제어방식(Outlet Damper Control)
·출구댐퍼 개도를 조절하여 풍량을 제어한다.
제 10 장 공기예열기(Air Preheater)
10.1 공기예열기
절탄기(Economizer)를 통과한 연소가스의 남은 열을 이용하여 연소공기를 예열하는 장치
10.2 사용효과
⑴ 보일러에서 열손실이 가장 큰 배기가스 손실을 감소시키므로 보일러 효 율이 상승된다.
⑵ 연소공기 온도상승으로 연소효율이 증가되어 과잉공기량이 감소된다.
⑶ 석탄연소 보일러에서 발열량이 낮은 저질탄을 연소시킬 수 있으며, 석탄 건조용 공기를 가열하므로써 미분기의 분쇄능령이 향상된다.
10.3 종류
·발전용 보일러의 공기예열기는 전부 재생식이며, 이 형식은 원통형 틀속 에 얇은 강판의 가열소자를 다발로 묶어 장착한다. 공기가 연소가스에 의해서 가열된 가열 소자를 통과하므로 공기온도가 올라간다.
·재생식 공기예열기는 가열소자(Heating Element)가 회전하는 회전 재생식 과 공기통로(Air Hood)가 회전하는 고정 재생식으로 분류된다.
① 회전 재생식 공기예열기(Ljungstrom Air Preheater)
가열소자가 1∼3RPM으로 연 소가스 통로와 연소공기 통로로 회전한다.
울산화력 # 4.5.6 호기와 서울화력 # 4 호기는 고정 재생식 공기예열 기이며, 나머지 발전소는 회전 재생식 공기예열기를 사용한다.
② 고정 재생식 공기예열기(Rothemuhle Air Preheater)
가열소자가 장착된 원통형 틀은 고정되 고 가스통로(Gas Duct) 내부에 있는 공기통로(Air Hood)가 약 0.8rpm 으로 회전하면서 배기가스의 남은 열이 연소공기를 가열한다.
10.4 구동장치
⑴ 구동모터의 피니언 기어가 회전체의 원주 방향으로 설치된 핀 래크 기어 (Pin Rack Gear)와 맞물려 회전체를 회전 시킨다.
⑵ 공기예열기가 정지되면 화재 발생과 열변형의 위험이 있으므로 보일러를 정지시켜야 한다. 보일러가 운전되면 어떤 경우에도 공기예열기가 정지 되어서는 안된다.
⑶ 공기예열기 구동장치는 다음과 같은 후비 보호장치를 갖추고 있다.
① 예비 교류 구동모터 (Stand-By A C Motor)
② 공기식 구동 모터 (Air Motor)
③ 수동 구동장치 ( Hand Turning Device)
10.5 수세장치(Water Washing Device)
⑴ 수세장치는 가열소자에 부착된 석탄회와 미연탄소분등이 제매장치로 제 거되지 않을 때 이들을 제거하는 설비로 보일러 정지시만 운전할 수 있 다.
⑵ 수세의 필요성은 공기예열기 입구와 출구의 압력차로 결정한다.
⑶ 온수(약 60∼80℃)를 사용하면 수세시간이 절약된다.
⑷ 가열소자 입구와 출구의 PH 차가 1미만일 때 수세를 완료하고 내부상태 를 점검한다.
⑸ 보일러를 기동하기 전 공기예열기를 반드시 건조시켜야 한다.
10.6 저온 부식
⑴ 발생
① 연료의 황(S) 성분이 산화되면 대부분은 아황산가스(SO2)가 되고 일부 는 무수 황산(SO3)이 된다.
② 무수 황산이 공기예열기 냉단부에 응축되어 황산이 되며 이 황산이 가열소자를 부식시킨다.
③ 연소가스 중 무수 황산, 즉 황산 증기가 응축되는 온도가 산 노점(酸 露点;Dew Point)이며 냉단평균 온도가 노점이하로 내려가면 부식이 급격히 증가한다.
⑵ 방지 대책
① 유황이 적은 연료를 사용한다.
② 과잉 공기량을 줄인다.
③ 냉단평균온도를 노점온도보다 높게 유지시킨다.
·낸단 평균온도 = 입구 공기온도+출구 가스온도／2
·증기식 공기예열기는 냉단 평균온도를 조절한다.
·노점 온도는 연소가스중에 함유된 황산화합물에 의해서 결정된다.
④ 가열소자 재질은 내식성 합금강을 사용한다.
제 2 편 보일러 보조기
제 1 장 연료유 연소설비
1.1 연료유 (燃料油;Ful Oil)의 종류 및 특성
기력발전소 보일러에 사용하는 연료유로는 중유, 경유, 원유 등이 있으나, 중유를 가장 많이 사용하고 있다.
⑴ 중유(重油:Heavy Oil)의 특성
·중유의 종류를 분류할 때 한국공업규격에서는 점도(粘度)와 유동점을 기 준으로 분류하고 있다. 또한, 유황함량에 따라 저유황유(低硫黃油)와 고 유황유(高硫黃油)로 나누어 지는데 현재 우리 공사에서는 유황함량이 1.6% 이하 저유황 중유인 벙커-C를 사용하여 대기환경 오염을 줄이도록 노력하고 있다.
·중유는 유전소 발전소에서 주연료로, 무연탄 발전소에서는 화염 안정용으 로 사용되며, 상온에서 유동점 및 점도가 높아 예열을 하지 않고서는 펌 핑(Pumping)과 분무가 어려우므로 반드시 예열장치를 설치하여 예열하여 야 한다.
< 연료유의 특성 >
|
구 분 |
경 유 |
중 유 |
비 고 |
|
비 점 유 동 점 인 화 점 착 화 점 점 도 비 중 발 열 량 유 황 분 |
230∼350℃ -5∼-30℃ 50℃ 이상 (400∼500℃) 1.8∼2.7 0.82∼0.84 11,000 0.5% 이하 |
300℃ 이상 5∼10℃ 60∼70℃ 300∼450℃ 20∼400 0.89∼0.96 10,000∼10,500 0.5∼3.5% |
자연발화 Centi Stoke(mm2 /s) 15℃ 기름/4℃물 wt비 kcal/kg |
⑵ 경유(輕油;Light Oil)의 특성
·경유는 유동점이 낮아서 예열이 불필요하므로 보일러의 점화 및 기동시 또는 저부하에서 화염안정과 공기예열기의 저온부식을 방지하기 위하여 사용되기 때문에 보조연료라 할 수 있다.
·디젤기관, 가스터빈 및 복합화력의 주연료로 사용되고 있다.
·기력발전소에서 보일러 기동시 경유를 사용하는 목적
① 유동점이 낮아 예열할 필요가 없고,
② 유황분이 적어 저온부식이 경감되며,
③ 분무용 증기의 확보가 어려운 경우에도 공기분무 또는 압력분무로 쉽 게 연소할 수 있으며,
④ 인화점이 낮아 신속한 착화와 안정된 연소가 가능하다.
그러나, 경유의 가격은 중유에 비해 비싸므로 경유의 사용량이 증가할 수록 발전원가가 상승되므로 가급적 경유의 사용량을 줄이도록 노력하 여야 한다.
⑶ 원유(原油;Crude Oil)
·산지에 따라 비중, 인화점, 점도 등의 물리적 성질이 상이하지만 일반적 으로 휘발성이 강하고 정제를 하지 않고서도 연소가 가능하며, 대기오염 방지 측면에서도 유리한 연료이다.
·부가가치가 많은 연료이므로 우리 공사의 발전소에서는 보일러 연료로는 현재 사용하고 있지 않지만 정유공장의 고장 등 비상시에는 원유를 사용 하여 발전이 가능하도록 인천화력 #3,4호기와 울산화력 #1∼3호기에 원유 저장설비와 연소설비를 갖추고 있다.
1.2 연료유 및 연소용 공기 공급계통
연료유 연소를 위하여 필요한 장치에는 저장탱크, 연료유 펌프, 연료유 가열기, 계량설비, 연료유 버너 및 제어계통 등이 있으며, 중유 및 경유 공급계통과 연소용 공기 공급계통으로 나눌 수 있다.
⑴ 중유 공급계통
중유를 주연료로 사용하는 대부분의 발전소에서는 공 급계통을 구성하고 있다.
① 이송펌프(Transfer Pump) : 저장탱크(Oil Storage Tank)의 중유를 공 급탱크(Service Tank)로 이송시킨다.
② 공급펌프(Supply Pump) : 공급탱크이 중유를 버너(Burner)까지 이송 시키고 버너에서 중유를 분사시킨다.
③ 여과기(Strainer) : 중유에 함유된 이물질을 제거하는 설비이다.
④ 압력 조절밸브(Pressure Control Valve) : 펌프 출구의 압력상승시 열려 저장탱크 또는 공급탱크로 순환시키는 역할을 담당한다.
⑤ 유위 조절밸브(Level Control Valve) : 공급탱크의 유위가 높으면 닫히고, 낮으면 열리게 되어 탱크의 유위를 조절한다.
⑥ 연료유 가열기(Fuel Oil Heater) : 증기를 이용하여 연료유를 버너에 서 연소하기 적합한 점도까지 가열시키는 역할을 한다.
⑦ 유량계(Flow Meter) : 중유의 사용량을 계량하는 기기이다.
⑧ 유량 조절밸브(Flow Control Valve) : 보일러 출력에 맞게 연료량을 조절하는 역할을 한다.
⑨ 비상 차단밸브(Trip Valve) : 비상시 연료를 급히 차단하는 역할을 담당하고 있다.
⑵ 경유 공급계통
·연료 사용량이 적으므로 많은 양의 경유를 저장할 필요성이 없고, 가격도 비싸므로 저장탱크(Storage Tank)가 없이 단지 경유 공급탱크(Diesel Oil Tank 또는 Service Tank)만 있다.
·삼천포 화력과 같이 중유 연소설비가 없고 여러 호기(Unit)가 있는 발전 소에서는 저장탱크(Storage Tank)가 있는 경우도 있다.
·경유를 주버너의 점화용으로만 사용하는 발전소에서는 연료량 조절 기능 을 가진 유량 조절밸브(Flow Control Valve)를 가지고 있지 않는 경우도 있다.
·기타 계통의 각 기기는 중유 공급계통 기기의 기능과 같다.
⑶ 연소용 공기 공급계통
압입통풍기로 대기를 흡입하여 공기예열기에서 320∼340℃ 정도로 예열 한 후 윈드 박스(Wind Box)를 거쳐 각 버너에 설치된 공기량 조절장치 (Air Register)에서 연소에 필요한 공기량으로 조절하여 보염기(保炎 器;Impeller 또는 Diffuser)를 통하여 노내로 공급된다.
1.3 연소방식의 종류와 특성
연소방식은 보일러에 설치된 버너의 위치와 연료 분사방향에 따라 수평 연소식(Horizontal Firing), 코너연소식(Tangential Firing) 및 수직연소식(Vertical Firing)으로 구분되며, 이는 연료의 종류에 따라 연소특성이 다르기 때문에 각기 다른 연소방식을 채용하고 있다.
⑴ 수평연소식(Horizontal Firing
· 연소실 측면에 버너를 설치하는 방식
·버너 주위의 보일러 튜브 배치가 용이하고, 짧은 화염으로 짧은 시간내에 연소가 완료되는 연료유, 가스 유연탄 등의 고휘발분 연료를 연소하는 보 일러에서 많이 채용하고 있으며 각 버너로 공급되는 연소용 공기는 선회 시켜 공급한다.
·연소실 한쪽 (전면 또는 후면)에만 버너를 설치하는 단면 연소방식(單面 燃燒方式;Single Wall Firing)과 연소실 전, 후면 양쪽에 모두 설치하는 대향 연소방식(對向燃燒方式;Opposed Firing)이 있다.
⑵ 코너연소식(Tangential Firing)
· 연소실의 4모서리에 버너를 설치하여 연소하는 방식으 로 연소실로 분사된 연료가 연소실 중앙에서 둥근 가상원(Fire Ball)을 그리면서 연소된다.
·부하변동에 따라 연료량이 변화되어도 가상원(Fire Ball)의 위치가 크게 변동되지 않으므로 부하 변동시에도 다른 연소방식에 비하여 연소실내의 열분포 변동이 적어 균일하게 열흡수가 이루어지는 특징이 있다.
·각 코너에서 연소실내로 분사되는 연료량 또는 공기량이 균일하지 않으면 가상원(Fire Ball)이 편향(偏向)되어 수냉벽의 과열을 초래하게 된다.
·버너 분사각도 조절장치(Tilting Device)를 설치하여 버너의 분사각도를 조절함으로서 화염의 위치를 상,하로 조정하여 증기의 온도를 조절하고 있으며, 노래 주연소영역 상부로 공기를 공급하는 화염 상부측 공기노즐 (Over Fire Air Nozzle)를 설치하여 활용하므로써 질소산화물(NOx)의 발 생을 줄일 수 있다.
⑶ 수직 연소식(Vertical Firing)
· 연소실 상부 아치(Arch) 부에 버너를 설치하여 연료를 하향으로 분사시켜 연소하는 방식으로 화염은 "U"자 또는 "W"자 모양으로 길게 유지되면서 연소가 이루어진다.
·분사된 연료는 노내에서 체류시간을 길게하여 완전 연소시키므로 국내 무 연탄과 같이 휘발분이 적은 석탄 연소시에는 수직연소 방식을 많이 채용 하고 있다.
·넓은 연소실을 필요로 하며, 버너가 연소실 상부에 설치되어 있는 관계로 노내의 복사열을 받기 쉬우므로 과열방지책이 필요하고, 버너 주위의 수 관(水管) 배치도 어려운 단점이 있어 유전소 보일러에서는 채용하지 않는 다.
·화염이 길게 유지되면서 연소가 이루어지므로 버너 주위로 공급되는 연소 용 공기 이외에 화염 하부측에 보조 연소용 공기를 공급하여 완전 연소를 도모하고 있다.
·이 공기를 3차공기라고 부른다.
1.4 연료유 버너(Oil Burner)
⑴ 연료유 버너의 종류
발전용 보일러의 연료유 버너는 주로 건 형식(Gun Type) 버너를 사용하 고 있으며 연료유를 미립화시키는 방식에 따라 압력 분무방식버너 (Mechanical Burner), 매체 분무방식 버너(Steam or Air Atomizing Burner), 회전 분무방식 버너(Rotary Burner)등으로 나누어진다.
⑵ 압력 분무식 버너
·기계식 버너라고도 하며 연료유 압력을 40∼70kgcm2
정도로 높게하여 버너 노즐의 선회구에서 압력을 속도로 변환시켜 연료유를 미립화(微粒化) 하 는 방식으로 증기나 압축공기를 필요로 하지 않고 연료유 압력만으로도 분무가 가능하므로 버너의 구성이 간단하다.
·연료유 압력이 저하되면 선회력(속도)이 저하되고 이로 인하여 분무된 입 자가 커지게 되어 결국 완전연소가 어렵게 된다. 그러므로 연료유 압력 을 저하시킬 수가 없게 되므로 유량 조절범위가 매우 좁은 특징이 있다.
·압력 분무식 버너의 종류에는 직접 분 무식, 회수 분무식이 있으며, 회수 분무식은 보일러의 부하변동에 따른 유량조절 범위를 크게하기 위하여 직접 분무식을 개선한 형식이다.
·압력 분무식 버너는 유량조절 범위가 좁은 것 외에도 점도가 높은 연료유 에는 분무특성이 좋지 않아서 중유연소시보다 경유연소시 즉, 보일러 기 동시 사용되는 기동용 버너(Start-up Burner, Warm-up Burner)로 많이 사 용되고 있다.
⑶ 매체 분무식 버너
·매체 분무식 버너는 연료유와 분무매체를 혼합, 충동시켜 연료유를 미립 화시키는 방식으로 분무매체의 에너지로 연료유를 미립화하기 때문에 유 압 변동시에도 분무특성이 양호하고 유량조절 범위가 매우 넓어 가장 많 이 사용되고 있다.
·이 버너에는 분무매체에 따라 증기 분무식과 공기 분무식으로 나누어지며 매체 분무식 버너의 구조는
⑷ 회전 분무식 버너(Rotary Oil Burner)
·고속으로 회전하는 무화통(霧化筒)이 연료유를 비산시켜 연료유를 미립화 시키는 방식으로 연료유 압력은 분무에 직접 영향을 주지 않으며, 무화통 의 회전수에 따라 분무 특성이 크게 영향을 받는다.
·구조는 중공축(中空軸)에 직결된 무화통과 송풍기를 고속(3,500∼10,000rpm)으로 회전시키면서 중공축을 통하여 무화통에 연료유를 공급하면 연료유는 무화통 내면에서 막상(膜狀)이 되고 무화통 끝에서 사방으로 비산된다. 이때 무화통 외부의 공기 노즐로 송풍기에서 가압된 공기를 보내어 연료유의 방향을 연소실측으로 모이게 하여 화염을 형성한다.
·버너 구조가 복잡하여 대형으로 제작하기에는 부적당하며 소형의 보조 보 일러에서 경유를 연소할 경우 많이 이용되고 점도가 높은 중질유의 연소 에는 곤란하다.
⑸ 연료유 버너 및 관리 및 청소
① 버너 팁 관리
연료유 버너는 장시간 연속 사용하거나, 점화 및 소화 조작을 반복하 면 버너팁(Burner Tip) 구멍 및 주위에 미연탄소가 부착되어 버너 팁 이 막히고 불완전연소의 원인이 된다. 또한 열응력에 의해 버너 팁 의 균열 및 변형이 발생되므로 항상 버너의 연소상태를 주의 깊게 관찰하여 연소상태가 불량한 버너는 예비용 버너로 교체, 운전하여야 한다.
② 버너의 퍼지(Purge)
사용중인 버너를 소화(消火)한 경우 버너 내부의 배관에 연료유가 남 아 있으면 연소실의 복사열에 의해 탄화되어 고착되므로 버너를 소화 한 후에는 즉시 증기로 퍼지(Purge) 하여야 하며 퍼지(Purge)가 완료 된 버너는 곧바로 뽑아 버너 팁의 소손을 방지하여야 한다.
③ 버너 청소
연소상태가 불량하여 교체한 버너 팁을 청소할 때에는 연소실에서 뽑 아낸 즉시 고온의 버너 팁을 세정유에 넣으면 급격한 온도변화로 버 너 팁에 미세한 균열이 생길 우려가 있으므로 버너 팁을 천천히 냉각 한 후에 캡(Cap)을 풀어서 팁, 혼합판(Mixing Plate),캡 등을 솔벤 트, 경유 등의 세정유에 담아 이들에 부착된 이물질을 용해시킨다.
또한, 버너 팁을 청소할 때에는 팁의 손상을 방지하기 위하여 구리 솔, 걸레 나무 등을 사용하여 깨끗이 청소하여야 한다.
④ 예비용 버너 배치
정기적인 버너 교체 및 연소불량으로 인한 버너 교체에 대비하여 청 소 및 점검 완료된 버너는 일정한 장소에 항상 사용할 수 있도록 준 비가 되어 있어야 한다.
⑹ 점화기(Ignitor, Torch)
① 기능
버너의 점화장치로 직류 2,000∼20,000V의 고전압을 전극에 가하여 3∼5[회/초] 정도의 아크 방전을 일으키어 점화하는 장치이며, 점화 기에는
㉮ 아크 방전만을 일으키어 주 버너를 점화시키는 형식, 즉 고전압 전극(Spark Rod)과 기동용 버너로 구성되어 있는 형식
㉯ 점화기 자체에 소형 버너를 내장하여 경유 또는 프로판 가스를 공 급하여 점화시킨 후 이 불꽃으로 주 버너를 점화하는 형식
② 운전중 주의사항
점화기는 어느 방식이든 주 버너를 점화시키는 것이 주된 기능이므로 주 버너가 점화되면 즉시 후진(Retract)하여 노내의 복사열에 의한 과열을 방지하도록 되어 있다.
⑺ 화염검출기(Flame Scanner)
① 기능
버너의 연소상태를 검출하는 장치로 화염밝기를 전기적 신호로 변환 시켜 연소상태를 제어반에 지시하고 연소상태가 불량한 버너는 소화 (消火)시키는 장치이다.
② 검출기 형식
화염검출 방식에는 자외선식, 가시광선식, 전외선식, 플리커 (Flicker)식 등이 있다.
③ 운전
이 모든 방식은 렌즈를 통하여 빛을 모아 전기신호로 바꾸어서 지시 하도록 되어 있으므로 렌즈에 재(Ash), 검댕(Soot) 등이 묻어 있을 경우에는 잘못 지시할 우려가 있으므로 렌즈가 오염되어 있을 때에는 청소를 하여야 한다.
또한 렌즈가 연소실내에 있으므로 과열을 방지하기 위해 반드시 냉각 용 공기를 공급하여야 하며, 냉각용 공기는 압입통풍기의 출구측에서 공급하거나, 또는 별도의 냉각용 송풍기(Scanner Cooling Air Fan)를 설치하여 공급하는 방식도 있다.
⑻ 연소용 공기 조절장치
·노내에 분무된 연료에 연소용 공기를 유효하게 공급하여 확실한 착화와 화염의 안정을 도모하기 위해 공기 흐름을 적절히 조정하는 장치를 연소 용 공기 조절장치라 하며 윈드 박스(Wind Box), 공기량 조절장치(Air Register), 보염기(Diffuser), 버너 타일(Burner Tile) 등으로 구성되어 있다.
·공기 조절장치의 기능
① 윈드 박스(Wind Box)
압입 통풍기에서 공급되는 연소용 공기를 받아들이기 위해 버너가 설 치된 보일러 벽면에 설치된 상자형 방으로 공기 통로내에서 동압인 연소용 공기를 정압으로 바꾸어 노내로 공급되는 공기의 흐름을 균일 하게 하는 역할을 한다.
윈드박스는 공기의 흐름을 차단할 수 있는 댐퍼(Air Damper)를 갖고 있으며 보일러에서 윈드 박스와 댐퍼의 위치는
② 공기량 조절장치(Air Register)
연소용 공기의 유속 및 선회각도를 조절하여 분사된 연료유 입자가 신속하게 착화되어 연속적으로 안정된 연소가 이루어질 수 있도록 공 기를 공급하는 장치로 버너 주위에 설치된 날개(Vane)의 각도를 조정 함으로써 선회시킬 수 있다. 공기량 조절장치의 구조는 와 같다.
③ 보염기(保炎器, Diffuser Impeller)
버너 노즐 주위로 공급되는 연소용 공기와 분무된 연료유 입자가 신 속하게 교반(攪拌)이 이루어질 수 있도록 노즐 팁 주위에 설치된 장 치로서 분사된 연료입자의 착화를 확실하게 해주고 화염의 안정과 지 속적인 연소를 유지시키는 역할을 한다.
보염기의 형식에는 선회날개를 갖는 형식 (Swirler라 부른다)과 여러개의 구멍을 가진 원 추형의 보염판 형식이 있다.
④ 버너 타일(Burner Tile)
연료와 공기가 분사되는 버너 주위 노벽에 설치한 내화재로써 버너 주입구(Throat)를 구성하며, 신속한 착화와 화염안정에 큰 도움을 준 다.
버너 타일은 연료와 공기의 속도분포와 흐름의 방향을 최종적으로 조 절하여 무화된 연료유와 공기의 혼합을 양호하게 해주고, 타일 표면 에서의 방사열에 의해 분무된 연료입자가 가열되므로 착화를 촉진시 킬 수 있으며, 그리고 버너 주위의 수냉벽(Water Wall Tube)이 노내 방사열로부터 과열되지 않도록 한다.
제 2 장 천연가스 연소설비
·천연가스(Natural Gas;이하 NG라 함)는 메탄(Methane;CH4
)을 주성분으로 하는 가연성 가스를 말하며, 이것을 액화하여 체적을 감소시킨 후 대량 수송 또는 저장이 가능하도록 한 것을 액화천연가스 즉 LNG(Liquified Natural Gas)라 한다.
·인도네시아와 말레이시아에서 도입된 LNG는 한국가스공사의 평택 인수기 지에서 저장 및 기화시켜 배관을 통하여 평택화력과 인천화력발전소를 비 롯한 수도권 복합화력발전소에 공급하고 일부는 서울, 인천 등 인근도시 에 산업용, 영업용 및 가정용으로도 공급하고 있다.
·환경규제가 강화됨에 따라 서울화력발전소도 NG를 연소할 수 있도록 보일 러를 개조하였으며, 향후 도시중심에 자리잡고 있는 발전소들은 NG를 연 소할 수 있도록 보일러 개조공사가 뒤따를 전망이다.
2.1 NG의 일반 특성
NG의 성분은 생산되는 가스정에 따라 다르며 생산 당시에는 다량의 탄산가스, 황화수소, 수분 등이 함유되어 있으나, 이들 불순물들은 메탄가스보다는 비점이 높아서 액화 공정중에서 제거되고 최종적으로 액화된 가스에는 가연성분만이 남게 되어 NG를 무공해 연료라고 부르기도 한다.
⑴ NG의 성분
NG는 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 질소 등으로 구성되어 있으며 이 중 메탄이 약 82.1∼99.8[Mol.%] 정도로 가장 함유량이 많기 때문에 편 의상 NG와 메탄의 특성을 같게 보고 있다.
< 발전소별 NG 설계기준 >
|
구 분 |
메 탄 |
에 탄 |
프로판 |
i-부탄 |
n-부탄 |
페 탄 |
질 소 |
발열량 |
|
인 천 |
86.44 |
8.51 |
3.89 |
0.61 |
0.52 |
0.01 |
0.02 |
12,970 |
|
평 택 |
89.292 |
7.863 |
3.635 |
0.529 |
0.553 |
0.069 |
0.059 |
12,980 |
|
서 울 |
89.292 |
7.863 |
3.635 |
0.529 |
0.553 |
0.069 |
0.059 |
12,980 |
⑵ 일반 특성
① 대기압하에서 -162℃fh 냉각시키면 액화가 이루어지면서 체적이 1/580∼1/600fh 줄어들어 대량 수송 및 저장이 가능하다.
② 무연(無煙), 무매(無煤), 무타르(無 Tar), 무취(無臭), 무독(無毒)의 무공해 연료이다.
③ 비중이 0.55(공기 대비) 정도로 낮아서 누설시에도 대기중으로 쉽게 확산되어 폭발 하한 농도 이하로 희박해진다.
④ 발열량이 10,500∼13,300 kcal/kg 정도로 높고, 품질이 균일하다.
2.2 NG 인수 및 공급계통
⑴ LNG 인수계통 설비
인수계통 설비는 한국가스공사 평택 인수기지의 설비로써 항만설비, 하 역설비, 저장설비, 퍼밍설비, 기화설비, 송출설비, 계량설비, 해수 공급 설비와 부속설비로 구성되어 있다.
⑵ NG 공급계통 설비
한국가스공사에서 공급되는 NG 공급계통은 각기기 의 기능은 다음과 같다.
① 압력조절밸브 : 인수기지로부터 공급되는 NG 압력을 낮춘다.
(인천화력:4.5kg/cm2, 평택화력:2.5kg/cm2, 서울화력:2.5kg/cm2)
② 유량계 : NG의 사용량을 계량한다.
③ 유량 조절밸브 : 보일러 출력에 맞게 천연가스량을 조절하고 보일러 자동 제어신호에 따라 압력이 조절되어 버너에 약 1∼2kg/cm2
로 공급 한다.
④ 비상차단밸브 : 비상시 NG를 급히 차단시키기 위한 밸브
⑤ 누설시험밸브 : NG 사용전, 후에 배관 및 밸브의 누설을 점검하기 위 한 용도의 밸브
⑥ 배기밸브 : NG 공급배관 퍼지(Purge)시 배관내부의 공기나 질소가스 를 대기중으로 배기시키기 위한 밸브
⑶ NG 공급계통 기동 및 정지
공급배관으로 NG를 공급하기전에 NG가 공급배관내의 공기 또는 산소를 함유한 가스와 혼합하여 그 혼합농도가 폭발 한계내에 들지 않도록 배관 을 퍼지(Purge) 하거나, NG 이외의 다른 가스(질소 등)로 대체하여야 한다.]
|
배관 퍼지 |
|
공기→질소 →천연가스 |
→ 공급배관
누설시험
→ 가스버너
점 화
→ 보 일 러
출력증가
? 정지순서보 일 러
출력감소
→ 가스버너
정 지
→ 공급배설 누설
시험 및 질소로 대체
① 공급배관 퍼지(Purge) 종류 및 기준 (인천화력의 경우)
NG 공급배관의 조건과 대체 가스에 따랄 다음 세가지로 구분
㉮ 공기를 질소로 대체 (질소중 산소농도가 5[% 부피] 이하시 완료)
㉯ 질소를 NG로 대체 (NG 농도가 80[% 부피] 이상시 완료)
㉰ NG를 질소로 대체 (질소중 NG가 1[% 부피] 이하시 완료)
② 퍼지 요령
먼저 질소를 주입하면서 공기를 배출(Vent) 시키고, 질소 주입이 완 료되면 질소를 배출시키면서 NG를 주입시킨다.
이때 가스 차단밸브와 비상 차단밸브(Trip Valve) 사이 (1단계), 그 리고 비상 차단밸브와 버너 입구밸브사이 (2단계)로 구분하여 각각 실시한다.
③ 공급배관 누설시험
NG 누설시험밸브(Leak Check Valve)를 열어 가스버너 입구밸브까지 NG를 일정압력(인천화력 2kg/cm2,평택화력 1.1kg/cm2, 서울화력 1.0kg/cm2)이 될 때까지 주입시킨 뒤 비상 차단밸브와 누설 시험밸브 를 닫고 일정 시간동안 비상 차단밸브의 출구측 압력계로 압력 변동 여부를 감시하여 비상 차단밸브와 가스버너 입구 밸브의 누설여부를 점검한다.(인천화력 기준)
㉮ 기준압력보다 0.2kg/cm2 이상 상승하면 비상차단밸브가 누설됨
㉯ 기준압력보다 0.2kg/cm2 이상 저하되면 버너입구밸브가 누설됨
④ 가스버너의 점화 및 운전
㉮ 점화할 가스버너 이외의 공기량 조절장치(Air Register Vane)는 약간 연다.(Crack Open)
㉯ 점화기를 연료유 연소에 준하여 점화한다.
㉰ 첫 번째로 점화할 가스버너의 차단밸브를 조금 열어 버너의 헤더 압력을 약 0.1kg/cm2 정도로 유지한다.
㉱ 점화 후에는 차단밸브를 완전히 열고, 공기량 조절장치도 완전히 연다.
㉲ 점화 후 5초 이내에 모든 가스노즐에 화염이 전파되지 않으면 차 단 밸브를 닫는다.
㉳ 점화 완료 후에는 점화기를 후진시키고 가스의 유량과 압력을 적 절히 조절하여 화염을 안정시킨다.
3. NG 보일러의 특징
⑴ 연소실의 열흡수
NG는 연료유에 비하여 화염이 짧고, 화염의 휘도가 낮기 때문에 연소실 에서의 열흡수가 적고 이로 인하여 연소실 출구에서 배기가스 온도는 상 승하게 된다.
⑵ 증기온도 정격 유지방안
연소실 출구온도가 상승하게 되면 과열기 및 재열기의 온도가 상승하므 로 주증기와 재열증기의 온도를 정격으로 유지하기 위해서는 과열기 및 재열기의 전열면적을 줄이거나, 버너의 분사각도를 하향으로 조절 (Burner Tilting) 하거나, 재순환 가스량을 감소하거나, 과열기 및 재열 기에 과열저감수량을 증가하여야 한다.
⑶ 보일러 효율 변화
과열기 및 재열기의 전열면적을 감소시키면 배기가스(Flue Gas) 온도가 상승하여 건배기가스 손실이 증가되고 보일러 효율이 저하되므로 절탄기 (Economizer)의 전열면적을 증가시키기도 한다.
NG는 연료유보다 수소 함유량이 약 2배 가량 많아 연소시 발생되는 수분 에 의한 손실이 증가되어 (고위발열량 기준) 보일러 효율이 저하된다.
⑷ SOx 및 NOx 생성 감소
천연가스 연료에는 유황(S)성분 함량이 매우 적어 다른 연료 연소시 보 다 NG 연소시에는 황산화물(SOx) 생성이 감소한다.
또한, 연료중에 질소(N)성분 함량이 적어 연소시 Fuel NOx 생성량은 거 의 없고, Thermal NOx만 생성되므로 NOx의 총 생성량도 다른 연료에 비 해 적어지게 된다.
⑸ 기타
NG 보일러에서는 회분 발생이 거의 없으므로 과열기, 재열기 등의 전열 면에 회분 부착량이 줄어들어 제매기(除煤機;Soot Blower) 운전시간이 감소된다. 또, NG 성분중에는 유황분이 없으므로 공기예열기의 저온부 식이 줄어 들어 증기식 공기예열기(Steam Air Heater)를 운전하지 않아 도 된다.
제 3 장 미분탄 연소설비
3.1 석탄의 성상
⑴ 석탄의 분류
·생산지, 탄광 및 탄층에 따라서 점결성, 수분, 휘발분, 고정탄소 탄화도 등의 차이가 매우 심하며, 분류방법에는 공업분석과 원소분석, 점결성과 발열량 등에 따른 학문적 분류법도 있으나, 휘발분, 고정탄소, 발열량을 근거로 분류하는 탄화도에 의한 분류를 가장 많이 사용하고 있다.
·석탄에는 무연탄, 역청탄, 갈탄, 아탄, 이탄 등이 있으며, 우리 공사에서 는 발전용으로 국내 무연탄과 역청탄 및 아역청탄을 사용하고 있다.
⑵ 무연탄
·석탄 중 탄화가 가장 많이 진행된 석탄으로 역청탄보다 훨씬 오래전에 형 성되었으며, 점결성이 없기 때문에 코크스(Cokes)가 되지 않고, 휘발분이 적어 건류(乾溜) 시 타르(Tar)를 함유치 않으므로 매연발생이 적다.
·석탄분쇄지수(H.G.I:Hardgrove Grindability Index)가 80 이상으로 견고 해서 분쇄가 용이하며 발열량은 4,000∼7,000kcal/kg 정도로 높으나 (국 내 발전용 무연탄은 저품위탄으로 발열량이 3,200∼3,500kcal/kg 정도로 매우 낮음) 휘발분 함량이 적어 착화가 어렵고 미연탄소분이 많이 발생하 므로 연소과정에서 연소실내의 체류시간을 충분히 유지시켜야 하며, 화염 안정용 보조연료를 필요로 하고 있다.
⑶ 역청탄
·발열량은 6,000∼8,000kcal/kg으로 유연탄이라 부르고 있으며 석탄 중 가장 많이 생산되어 여러 가지 용도로 이용되고 있으나 국내에서는 생산 되지 않아 역청탄은 대부분 점결성이 있으며 고정탄소분 함량은 무연탄 보다 적으나 휘발분 함량이 많아 착화가 용이하고 보조연료 없이 단독연소가 가능하며 비교적 적은 연소실에서도 단시간내에 연소가 완결되어 진다.
⑷ 아역청탄
·발열량이 4,600∼6,400kcal/kg 정도이고 휘발분은 32% 이상으로 착화성 및 연소성은 좋으나 수분함량이 많다.
·휘발분이 많아 저탄기간에 따라 일반 유연탄보다 자연발화의 가능성이 상 당히 높으며, 수분 함량도 많아 석탄의 분쇄 및 건조에 다량의 더운 공기 (Hot Air)를 필요로 하며 미분기 계통 내에서 화재 발생의 우려가 있으므로 이에 대한 특별한 대책이 필요하다.
·현재 우리 공사에서는 호남화력발전소에서 미국 알라스카에서 생산되는 아역청탄을 사용하고 있으며, 앞으로 인도네시아에서 생산되는 키데코 탄 (Kideco Coal)을 수입하여 신규 유연탄 화력발전소에서 사용할 예정이다.
⑸ 석탄의 특성
< 석탄의 특성 대비표 >
|
구 분 |
국내무연탄 |
역 청 탄 |
아 역 청 탄 | |
|
건식발열랑 [kcal/kg] 착화온도 [℃] 석탄분쇄지수 [HGI] 회융점 [IDT,℃] 진비중 [회분 10% 이하] |
3,200∼3,500 530∼550 80 이상 1,290∼1,550 1.4∼1.8 |
6,000∼8,000 300∼400 50∼60 1,250 1.25∼1.45 |
4,600∼6,400 190∼230 32 1,100 | |
|
공업분석 [Wt.%] |
수 분 휘 발 분 회 분 고정탄소 |
2.92 4.55 36.23 56.30 |
5.0 28.0 15.0 52.0 |
27.0[17.9] 37.1[42.0] 12.2[ 3.0] 50.7[37.1] |
|
원소분석[Wt.%] |
유 황 |
0.2∼2.0 |
0.8 |
0.3 |
? 역청탄은 호주탄, 아역청탄은 알라스카 탄, [ ] 항은 키데코 탄의 공업 분석치.
3.2 석탄 연소방식의 종류와 특성
석탄을 연소시키는 방식에는 스토커(Stoker) 연소방식, 미분탄 연소방식, 유동층 연소방식, 유체화 연소방식 등이 있다. 현재 우리 공사에서는 미분탄 연소방식을 채용하고 있으며 스토커 연소방식은 발전용 보일러에서는 거의 채용하지 않고 있다 유동층 연소방식은 국내 일부 열병합 발전소에서 채용하고 있으며, 우리 공사에서도 유체화 연소방식과 함께 신연소기술로 기술연구원에서 연구 중에 있다.
⑴ 미분탄 연소방식의 특징
① 저품위탄도 양호하게 연소시킬 수 있다.
② 착화 및 소화(消火)가 신속하며 단시간내에 연소가 완결된다.
③ 부하변동시 속응성이 좋다.
④ 적은 연소실에서도 많은 량의 석탄을 연소시킬 수 있다.
⑤ 적은 공기량으로도 완전연소가 이루어진다.
⑥ 설비비와 운전 및 정비비용이 증대된다.
⑦ 중유나 가스연소 보일러보다 큰 연소실이 필요하다.
⑧ 석탄분쇄에 많은 소내전력이 필요하다.
⑨ 분진 발생량이 많아 고효율의 집진장치가 필요하다.
위 특징중 몇가지 문제점이 따르지만 다량의 석탄 연소와 신속한 자동제어의 필요성 때문에 발전용 대형 보일러에서는 미분탄 연소방식을 가장 많이 채용하고 있다.
·미분탄 연소방식은 사용하는 석탄의 종류 즉 무연탄과 유연탄에 따라 간 접연소방식과 직접 연소방식을 선택하여 사용하고 있다.
⑵ 직접 연소방식
· 원탄 저장조의 석탄을 원탄 급탄기를 통 하여 미분기로 공급한다. 미분기에서 분쇄된 미분탄은 미분탄 분리기에 서 적절한 미분도 (20 Mesh기준)로 조정되어 석탄버너로 보내어 연소시키 는 방식이다. 미분탄 저장조를 설치할 경우 자연발화 우려가 있는 유연 탄 발전소에서 주로 채용하는 방식이다.
·영동화력 제2호기는 국내무연탄을 연소하나 직접 연소 방식을 채용하고 있다.
·1차 통풍기 대신에 흡기 송풍기(Exhaust Fan)를 사용하여 미분기에서 분 쇄된 미분탄을 흡입하여 미분탄 분리기를 거쳐 미분탄 버너로 보내며, 미 분기 계통이 부압(負壓)으로 운전된다.
① 직접 연소방식의 특징
+-- 석탄의 분쇄계통과 연소계통의 구성이 간단하다.
+-- 기계 대수 및 설치면적이 적다.
+-- 부하변동시 미분탄 입도를 균일하게 유지할 수 없다.
+-- 분쇄계통 고장시 보일러에 직접 영향을 준다.
+-- 부하변동에 따른 연료량 조절의 속응성이 나쁘다.
② 직접 연소방식의 계통도
? 석탄 분쇄 및 연소계통원탄저장조
R.C Bunker
→원탄급탄기
R.C Feeder
→미 분 기
Mill
→미분탄분리기
Classifier
→미분탄버너
P.C Burner
? 1차 공기계통 ↑ ↑
|
대 기 |
|
압입통풍기 |
→1차 통풍기
→공기예열기
→ ┫ │
└──→───┘ │ │
㉯ Hot 1차공기 계통 │ │압입통풍기
→공기예열기
→1차 통풍기
→ ┘
└──→───┘ │
㉰ 흡기 송풍기(Exhaust Fan)계통 │압입통풍기
→공기예열기
→미 분 기
→미분탄분리기
→흡기송풍기
└──→───┘
③ 미분기 계통의 기동 및 정지
직접 연소방식에서는 석탄연소시 항상 미분기를 운전하여야 하며 미 분기 기동전에 석탄버너의 점화원으로 경유버너 또는 중유버너가 운 전되고 있어야 한다.
석탄연소는 계통병입 이후에 시작하는데 유연탄화력에서는 출력 10∼ 20% 정도에서 연소를 시작하고, 무연탄화력인 영동화력 제2호기에서 는 정격부하의 약 70%에서 석탄연소를 시작한다.
특히 유연탄 연소시에는 미분기 출구의 온도 조절이 대단히 중요하 다. 이 온도는 1차 공기중 공기예열기를 통과한 더움 공기(Hot Air) 량과 공기예열기를 통과하지 않은 찬 공기(Cold Air)량을 조절하여 온도를 조절한다. 66℃에서 원탄 급탄기를 기동할 수 있으며, 정상 운전중에는 75∼80℃ 정도로 유지하여야 한다. 미분기 내부화재 위 험상 93℃ 이상을 초과하여 운전해서는 안된다.
⑶ 간접 연소방식
미분기에서 분쇄된 미분탄을 일단 미분탄 저장조(Pulverized Coal Bunker)에 저장시켰다가 보일러에서 요구하는 적정량을 석탄버너로 보내 어 연소시키는 방식으로 무연탄 보일러에서 주로 채용하고 있다.
① 간접 연소방식의 특징
+-- 석탄의 분쇄계통과 연소계통의 구성이 복잡하다.
+-- 기계 대수가 많고, 설치면적이 넓다.
+-- 부하변동시에도 미분탄 입도를 균일하게 유지할 수 있다.
+-- 분쇄계통의 고장시 보일러에 미치는 영향이 적다.
+-- 부하변동에 따른 연료량 조절의 속응성이 좋다.
+-- 미분기계통의 소내전력이 증대된다.
② 간접 연소방식의 계통도
? 분쇄계통:원탄저장조
R.C Bunker
→원탄급탄기
R.C Feeder
→스크류급탄기
Screw Feeder
→수직상승관
Drying Shaft
→미분탄분리기
Classifier
↑ ↓미 분 기
Mill
→원심 분리기
Cyclone Separator
→회전식공기차단장치
Rotary Air Lock
→미분탄저장조
P.C Bunker
? 연소계통:미분탄저장조
P.C Bunker
→미분탄급탄기
P.C Feeder
→벤튜리 혼합기
Ventrui Mixer
→미분탄버너
P.C Burner
? 1차 공기:압입통풍기
F.D.Fan
→공기예열기
A/H
→1차 통풍기
P.A Fan
③ 간접 연소방식의 운전
원탄 저장조에서 미분탄 분리기까지의 계통구성은 직접 연소방식과 같으나, 미분기에서 분쇄된 미분탄과 공기(또는 배기가스)의 혼합물 을 분리시키는 설비와 미분탄 저장설비가 추가된다.
분리된 미분탄은 일단 미분탄 저장조에 저장되었다가 미분탄 급탄기 를 통해 벤츄리 혼합기(Venturi Mixer 또는 Mixing Tee)에서 1차 공 기와 혼합하여 버너로 이송된다.
그리고 분리된 공기(또는 배기가스)는 미분기계통으로 재순환되며, 일부는 미분기 계통의 온도유지를 위하여 보일러의 배기 버너(Vent Burner)로 보내거나, 미분탄 포집기(Bag Filter)를 거쳐 대기로 배출 된다.
④ 미분기계통 기동 및 정지
간접 연소방식에서는 석탄연소와 미분기 운전은 직접적으로 연계가 되지 않는다. 즉 석탄의 분쇄계통과 연소계통이 분리되어 있다.
그러므로 미분탄 저장조에 미분탄이 있으면 미분기 운전과는 상관없 이 항시 미분탄 버너를 운전할 수 있다.
㉮ 분쇄계통
? 기동순서회전식 공기(가스) 차단 밸브 기동
→배 기
송풍기
기 동
→흡 기
송풍기
기 동
→미분기
기 동
→스크류
급탄기
기 동
→체인형
급탄기
기 동
? 정지순서체인형
급탄기
정 지
→스크류
급탄기
정 지
→미분기
정 지
→미분기
Purge
(5분)
→흡 기
송풍기
정 지
→배 기
송풍기
정 지
→회전식 공기
(가스) 차단
장치 정지
㉯ 연소계통
? 기동순서미 문 탄
저 장 조
탄량확인
→화염안정용
중 유 버 너
운 전 중
→1차 공기
송 풍 기
운 전 중
→미분탄
배 관
예 열
→미분탄
급탄기
기 동
→
석탄연소
? 정지순서
석탄연소
→미분탄
급탄기
감 속
→미분탄
급탄기
정 지
→미분탄
배 관
Purge
→1차공기
송 풍 기
정 지
3.3 연소장치용 기기
⑴ 원탄저장조(Rew Coal Bunker)
① 기 능
각 미분기마다 1기씩 설치되어 있으며 저장조의 용량은 정격부하 운 전상태에서 약 10∼24시간분의 석탄을 저장할 수 있다. 발전소에 따 라 벙커(Bunker), 빈(Bin), 사이로(Silo)라고 부르고 있으며 삼천포 화력발전소의 원탄저장조이다.
② 구 조
저장조의 하단부(Cone 부분)는 석탄부착을 방지하기 위하여 경사각도 를 70°정도의 급경사로 설계한다. 또한 석탄과 저장조 철판과의 마 찰계수를 줄이기 위하여 스텐레스 강판 또는 자이레톤(Xylethon) 등 을 부착하여 석탄이 원탄급탄기로 잘 내려 가도록 하고 있다.
③ 운 전
원탄저장조에 석탄을 상탄할 때에는 저장조 내면에 석탄이 부착되는 것을 방지하기 위하여 가능한 한 젖은 탄을 상탄하지 말며, 한번 상 탄한 석탄은 최단 시간내에 사용하여야 하고, 예방정비를 위한 발전 정지 등 장기간 정지시에는 저장조를 비워 두어야 한다. 저장조에 석탄이 부착될 경우에는 전기식 진동기(Vibrator) 또는 압축 공기식 진동기(Big Blaster)를 이용하여 부착된 석탄을 제거할 수 있으나, 안될 경우에는 운전원이 햄머(Hammer)로 저장조를 두드려 제거하여야 한다.
④ 저장조의 탄량 측정
·저장조에 저장되어 있는 석탄량을 측정하는 방법
+- 저장조의 무게를 직접 측정하는 로드셀(Load Cell)장치를 이용하 | 는 방법
+- 초음파를 이용하여 저장조의 레벨(Level)을 측정하는 방법
⑵ 석탄흐름 감지장치(Nuclear Monitor)
원탄 저장조의 석탄을 원탄 급탄기로 공급하는 석탄 배관에 설치된 장치 로 석탄의 흐름을 방사성 동위원소(세슘[Cs-137])를 이용하여 조기에 감 지하여 원탄 저장조에 설치된 전기식 또는 압축공기식 진동기를 동작시 키고, 중앙제어실 경보판에 경보를 발생하도록 하는 설비이다.
⑶ 원탄급탄기(Raw Coal Feeder)
·원탄저장조에 저장된 석탄을 미분기 또는 수직상승관(Drying Shaft)에 공 급하는 기기로서 원탄저장조 하부에 위치하며 석탄량을 조절하는 기능을 가지고 있다.
·석탄량을 조절하는 방법으로는 탄층의 두께를 조절하는 방법과 원탄급탄 기의 회전수를 조절하는 방법이 있으며, 탄층을 얇게 할수록 급탄량이 균 일하여 지고 급탄기의 운전도 안정된다.
·보일러 자동제어 시스템과 연계하여 보일러에서 요구하는 석탄량을 급탄 기 구동 전동기의 회전수를 조정하여 항상 적당량의 석탄을 미분기에 공 급할 수 있도록 설계되어 있으며 자동 및 수동으로 운전할 수 있다.
·원탄급탄기의 형식에는 벨트형(Belt Type), 드래그 체인형(Drag Chain Type), 스크류형(Screw Type), 원판형(Disc Type)등이 있다.
① 벨트형 급탄기(Belt Type Coal Feeder)
주로 유연탄화력에서 채용하며 원탄저장조 아래에 위치하고 있다. 각 미분기마다 1대씩 설치되어 있으며 직류 전동기에 의해 구동되는 콘베 어(Conveyor)와 속도 감지기(Speed Sensor), 드래그 콘베어(Drag Conveyor), 석탄 공급밸브(Coal Valve), 석탄흐름 감지기(Nuclear Monitor), 석탄량 계량장치(Load Cell), 디지털 변환기(Digital Transmitter) 등으로 구성되어 있다.
또한 밀봉용 공기(Sealing Air)를 주입하여 미분기내의 석탄가루가 급 탄기로 역류하지 않도록 하고 있다.
② 드래그 체인 급탄기(Drag Chain Type Coal Feeder)
주로 무연탄화력에서 채용하고 있으며, 직접 연소방식을 채택하는 영 동화력 제2호기에서는 원탄저장조의 석탄을 직접 미분기로 공급하지 만, 간접 연소방식을 채택하는 발전소에서는 다음에 설명하는 스크류 형 급탄기로 석탄을 공급한다.
벨트형 급탄기와 마찬가지로 미분기마다 1대씩 저장조의 하부에 설치 되어 있다. 무단 속도조정기(Stepless Speed Regulator), 체인 기어 (Chain Gear), 드래그 링크 체인(Drag Link Chain), 감속 기어 및 웜 기어(Worm Gear) 등으로 구성되어 있으며, 밀봉용 공기는 미분기계통 전체가 부압(-압)으로 운전되고 있어 별도로 공급하지 않는다.
급탄기내에서 석탄에 함유된 수분이 응결되어 부식되는 것을 방지하기 위하여 공기를 흡입하여 유통시키고 있다.
③ 스크류형 급탄기(Screw Type Coal Feeder)
드래그 체인형급탄기로부터 공급되는 석탄을 수직 상승관(Drying Shaft 또는 Lift Line)으로 확산, 공급하는 급탄기로 정속운전 하고 있다. 이 급탄기는 발전소에 따라서는 패들(Paddle) 급탄기 또는 플 러퍼(Fluffer) 급타기 라고도 부른다.
④ 원판형 급탄기(Disc Type Coal Feeder)
서천화력에서 채용하고 있는 급탄기로 각 미분기마다 2대의 급탄기가 설치되어 있다.
주요 기기는 디스크 테이블(Disc Table), 디플렉터 블레이드 (Deflector Blade), 감속기(Speed Reducer), 회전 계량기(Revolution Counter) 등으로 구성되어 있다.
원탄 저장조에서 중력에 의하여 떨어진 석탄은 회전하는 원판(Disc Table) 위에 떨어져 원추형태를 만들고, 디플렉터 블레이드(Deflector Blade)는 원판 위의 석탄을 호퍼(Receiving Hopper)로 떨어지게 하여 미분기로 석탄을 공급한다.
⑷ 미분기(Pulverizer,Mill)
·석탄을 연소에 적합한 크기로 분쇄하는 설비
·미분기에는 튜브(Tube), 미분기, 보울(Bowl) 미분기, 볼(Ball) 미분기, 롤러(Roller) 미분기, 비어터 휠(Beater Wheel) 미분기 등이 있다.
·현재 우리 공사에서는 무연탄화력에서는 튜브 미분기, 유연탄화력에서는 보울 미분기를 사용하고 있다.
① 튜브 미분기
본체(Shell), 강철판(Liner), 웨어링 파이프(Wearing Pipe), 거스 기 어(Girth Gear), 감속 기어(Reduction Gear), 피니온 기어(Pinion Gear), 트루니온 베어링(Trunnion Bearing), 윤활유 공급장치, 보조 구동장치 등으로 구성되어 있다.
㉮ 본체(Shell)
미분기의 본체로서 직경에 비하여 길이가 긴 원통으로 내면에는 많 은 강철편(Liner)이 부착되어 있어 본체를 보호하며, 강구(Steel Ball)가 약 30∼100톤이 들어 있다.
여기에 석탄을 넣고 미분기를 약 19rpm으로 회전시키면 강구가 원 심력 및 강철편의 턱에 걸려 회전방향에 따라 올라가다가 떨어지는 충격과 강구와 강구 사이의 마찰, 강구의 무게에 의한 압착으로 석 탄이 분쇄된다.
㉯ 강철편(Liner)
미분기의 본체의 마모를 방지하고 분쇄효율 증가를 위하여 강철편 은 웨지 바(Wedeg Bar)로 고정되어 있다.
충격 완화와 열손실을 방지하기 위하여 본체와 강철편의 사이에는 팩킹(Packing)이 삽입되어 있고, 강구가 미분기 회전방향에 따라 미분기의 최상부로 잘 올라가도록 턱을 가지고 있다.
강철편의 재질로는 고탄소-크롬강, 크롬-망간강, 크롬-몰리브덴강 등의 내마모성 강을 사용하고 있으나 운전시간 경과에 따라 마모되 므로 주기적으로 교체하여야 한다.
㉰ 강구(Steel Ball)
본체 내부에서 석탄과 함께 회전되면서 낙하하여 석탄을 분쇄하는 볼(Ball)로서 재질은 냉간(Chilled) 강, 고크롬 강 등을 사용한다.
미분기에 강구를 최초 충진할 때에는 강구와 강구 사이의 마찰 면 적을 크게 하기 위하여 직경이 서로 다른 종류(1", 1.5", 2", 2.5")의 강구를 혼합하여 넣고 있다.
석탄이 분쇄됨에 따라 강구도 마모되므로 마모된 양만큼 보충해야 하는데 이때에는 직경이 큰 강구만 보충하면 된다.
㉱ 웨어링 파이프(Wearing Pipe)
미분기의 투루니오(Trunnion;원통형 축) 내부에 설치되어 있으며 내면에는 탄의 통과가 원활하도록 나선형 베인(Spiral Vane)이 설 치되어 있다.
㉲ 거스 기어(Girth Gear) 및 피니온 기어(Pinion Gear)
거스 기어는 미분기 본체의 한쪽 표면에 부착되어 있으며 피니온 기어는 감속 기어에 연결되어 있어 미분기를 회전시켜 주는 역할을 담당한다.
두 기어의 윤활은 압축공기에 의한 그리스 분사로 윤활 되며, 그리 스는 그리스 펌프로 간헐적으로 공급되며 한번 사용한 윤활유는 재 사용하지 않는다.
㉳ 감속 기어(Reduciotn Gear)
미분기 구동 전동기의 회전수를 감속하여 피니온 기어로 동력을 전 달한다.
㉴ 트루니온 베어링(Trunnion Bearing)
미분기의 트루니온 축(Shaft)을 지지하는 베어링을 투르니온 베어 링이라 한다.
화이트 메탈(White Metal)로 주조되었으며 미분기 기동시 베아링 메탈을 보호하고 마모를 감소시키기 위하여 유압장치(Oil Jack-up System)를 가지고 있다.
㉵ 윤활유 공급장치
미분기의 정상운전시 정상적인 윤활유 공급 펌프 및 감속 기어에 공급하는 윤활유 펌프와 트루니온 베어링은 고 하중을 지지하므로 미분기 기동, 정지시 유막 형성을 위한 유압 펌프라 설치되어 있 다.
② 보울 미분기
분쇄 롤러(Grinding Rolls), 보울(Bowl), 보울 구동장치, 롤러 조정용 유압(또는 스프링) 장치, 윤활유 계통 밀봉공기 계통 및 미분탄 분리 기 등으로 구성되어 있다.
㉮ 석탄 분쇄 및 미분도 조절
급탄기로부터 공급되는 석탄은 보울의 중앙부분으로 떨어져 보울의 원심력에 의하여 원주방향으로 밀려 나가면서 보울과 롤러사이에서 분쇄된다.
분쇄된 석탄은 보울 아래에서 공급되는 1차 공기에 의하여 보울의 상부로 올라 가면서 입자가 큰 석탄은 보울 위로 떨어져 다시 분쇄 가 된다.
그리고 입자가 작은 석탄은 미분기의 최상부에 위치한 미분탄 분리 기(Classifier)의 디플렉터 블레이드(Deflector Blade)에 부딪혀 미분탄과 공기가 선회(Spin) 한다. 이 선회각도와 속도에 따라서 2차로 입자가 큰 미분탄이 분리되어 보울 위로 떨어진다. 이 디플 렉터 블레이드는 미분기 밖에서 조정이 가능하다.
다시 미분기 출구 벤튜리 베인(Outlet Venturi Vane)에서 최종적으 로 입도(粒度)를 조절하여 200 메시(Mesh) 이하의 미세한 미분탄만 미분기의 출구밸를 통과하여 버너에 공급되고, 200 메시보다 입자 가 큰 탄은 다시 보울위 상부로 떨어져 재분쇄한다.
㉯ 이물질 제거
이물질(Tramp Iron)과 석탄중 분쇄되지 않는 것은 보울의 원심력에 의해 보울의 가장자리로 밀려나가서 1차 공기가 올라오는 구멍 (Port)을 통해 하부 보울(Under Bowl)로 떨어져 보울 허브(Bowl Hub)에 부착된 제거기(Scraper)에 의해서 이물질 배출구(Tramp Iron Opening)를 통하여 파이라이트 호퍼(Pyrite Hopper)로 배출한 다.
㉰ 밀봉공기 공급
보울 미분기는 정압(+압)으로 운전되기 때문에 미분기내의 공기나 석탄이 대기중으로 방출되거나 또는 기어로 들어가는 것을 방지하 기 위하여 보울 허브 주위와 롤러 저널축(Roller Journal Shaft)에 밀봉 공기를 1차 송풍기의 출구측찬 공기덕트(Cold Air Duct)에서 흡입하여 공급한다.
㉱ 미분기 출구온도
사용하는 석탄의 휘발분 함량에 따라 미분기의 출구온도 유지범위 인 75∼80℃로 조절하여야 하며, 미분기의 내부화재가 발생할 우려 가 있으므로 출구온도를 93℃를 초과하여 운전해서는 안된다.
⑸ 미분탄 분리기(Classifier)
·보울 미분기에서는 미분기 내부 최상부에 위치하며, 튜브 미분기에서는 외부에 별도로 설치되어 있다.
·내부와 외부 실린더(Inside & Outside Cylinder)로 구성된 역원추형 (Inverse Cone Type)이며 원주방향으로 수직 날개(Vertical Vanes)가 설 치되어 있다.
·미분탄 분리기 밑부분은 이중 파이프로 되어 있으며, 내부 파이프는 수직 상승관(또는 석탄 파이프)과 연결되어 있고, 외부 파이프는 리턴 슈트 (Return Chute)와 연결되어 있다.
·수직 날개는 외부에서 조절할 수 있는 구조이며, 모든 날개는 동시에 조 절 된다. 수직날개를 열면 미분탄의 입자 크기는 커지고(미분도는 낮아 지고), 닫으면 미분탄 입자의 크기는 작아진다.(미분도는 높아진다)
·미분탄 분리기에서 분리된 입자중 입자가 작은 미분탄(200 메시 이하)은 공기분리기 또는 흡기 송풍기(Exhaust Fan)로 운송되고, 입자가 큰 것은 리턴 슈트를 통하여 다시 미분기로 보내진다.
·미분탄 분리기에서 분리되는 기준입도는 유연탄화력은 200 메시기준 65∼ 75%, 무연탄화력은 80∼85% 이다.
·미분탄의 입도가 작을수록(미분도가 높을수록) 연료의 단위 중량당 공기 와 접촉되는 표면적이 넓어져서 연소에는 유리하지만, 미분기의 소요동력 과 유지비가 증가하고, 연소시간이 짧아 불꽃이 보일러 각부에 충분히 미 치지 못하는 단점이 있다.
·휘발분이 적은 석탄일수록 연소효율을 높이기 위해 미분탄 입자의 크기는 작아야 한다.
⑹ 리턴 슈트(Return Chute)
·미분탄 분리기에서 분리된 큰 입자의 석탄을 재분쇄시키기 위해 미분기로 보내는 통로이며, 미분기 계통의 공기가 역류되어 미분탄 분리기로 흐르 는 것을 방지하기 위하여 중력식 넌-리턴 댐퍼(Non-Return Damper)가 통 로 중간에 설치되어 있다.
·이 댐퍼는 추(Weight)에 의하여 닫혀있으나 입자가 큰 석탄이 댐퍼위에 축적되면 중력에 의하여 댐퍼가 열려 석탄이 미분기로 내려간다.
·이 댐퍼 플레이트는 외부에서 손으로 열고 닫을 수 있으며 댐퍼가 잘 동 작되는지 외부에서 점검할 수도 있다.
⑺ 공기분리기(Cyclone Separator)
·미분탄 분리기를 지난 미분탄과 순환공기(가스) 혼합물을 선회운동에 따 른 원심력으로 미분탄과 공기를 분리시키는 장치
·분리된 미분탄은 공기 분리기 호퍼(Cyclone Separator Hopper) 아래에 있 는 회전식 공기 차단장치(Rotary Air Lock Valve)를 통하여 미분탄 저장 조에 저장된다.
·분리된 공기는 흡기 송풍기(Exhaust Fan 또는 Mill Fan, Vent fan)에 의 하여 계통으로 재순환되며, 분리율은 보통 80∼85% 정도로 운전된다.
·공기분리기는 무연탄 간접연소식에만 설치된 기기이며, 내부 압력은 부압 (負壓)이다.
⑻ 회전식 공기(가스) 차단장치(Rotary Air(Gas) Lock Valve)
·공기 분리기에서 분리된 미분탄을 미분탄 저장조로 이송시키는 한편, 미 분탄 저장으로 발생되는 저장조 내부 정압(+)의 공기가 공기 분리기로 새 어 들어오는 것을 방지하기 위한 기기를 회전식 공기 차단장치라 한다.
·간접 연소방식에만 설치되는 기기로서 이 장치가 마모되어 공기가 새어 들어가거나 또는 장치에 미분탄이 고착하여 막히면 공기분리기의 호퍼에 미분탄이 점차 쌓여 올라가서 공기분리기의 기능이 저하되고 분리되지 못 한 미분탄은 순환공기를 따라 계통을 순환하게 됨으로써 다음과 같은 장 애를 일으키게 된다.
① 다량의 미분탄을 운송하여야 하므로 흡기 통풍기의 순환력이 감소된 다.
② 밴트 버너(Vent Burner)로 미분탄 유입량이 많아지게 되어 연소가 불 안정하여 진다.
③ 미분기의 분쇄능력이 저하된다.
⑼ 미분탄 저장조
·밀폐형으로 회전식 공기 차단장치를 통하여 미분탄을 저장하며, 정격부하 로 약 4시간 정도 사용할 수 있는 용량을 갖고 있다. 운전중에는 저장조 의 레벨(Level)에 항시 유의하여야 한다.
·레벨이 너무 높으면 공기분리기 호퍼까지 미분탄이 넘치게 되어 원심 분 리기 효율이 떨어지고, 레벨이 너무 낮으면 버너에 미분탄을 불균일하게 공급하므로 연소 불안정을 일으킨다.
·미분기 예방정비 등 계통을 정지할 경우에는 미분탄이 습기를 흡수하여 저장조에 고착되거나, 미분탄 공급관 및 급탄기가 막힐 우려가 있으므로 계통을 정지하기 전에 저장조를 완전히 비워두어야 한다.
·정지작업시 저장조에 이물질이 들어가면 미분탄 급탄기를 손상시킬 우려 가 있으므로 항시 유의하여야 한다.
⑽ 미분탄 급탄기
·롤러가 회전함으로서 미분탄을 벤튜리 혼합기를 통하여 미분탄 버너로 공 급하는 역할을 한다.
·롤러 실린더(Roller Cylinder)의 홈을 경사지게 배열하여 미분탄을 일정 한 량으로 계속 공급하도록 되어 있다.
·롤러 상부에는 에지테이터(Agitator)를 설치하여 미분탄을 분산시키고, 다져진 미분탄 덩어리를 부수어 롤러 홈에 균일하게 분배시킨다.
⑾ 벤튜리 혼합기(Venturi Mixer)
·1차 공기에 미분탄을 버너로 운반시키는 장치로써 구조가 벤튜리 (Venturi) 모양이다.
·1차공기 온도를 약 300∼320℃ 정도로 유지하며 벤튜리 혼합기의 1차공기 온도가 100℃ 이상되면 미분탄 급탄기를 운전하여야 한다.
·일부 발전소에서는 이 설비를 믹싱 티(Mixing Tee)라고도 부른다.
⑿ 미분탄 버너
① 구조상 분류
·선회형 버너
미분탄과 1차 공기의 혼합물이 2차 공기와 선회하면서 혼합, 연소 하는 버너를 선회형 버너라 하며 서로 반대방향으로 선회할 수 있 도록 조절해 주는 공기량 조절장치(Air Register)를 가지고 있다.
선회형 버너에 속하는 버너로는 써큐러 버너(Circular Burner), 원 형 버너, 인터 베인 버너(Inter Vane Burner) 등이 있다.
·교차형 버너
미분탄과 1차 공기의 혼합물이 연소실에서 2차공기와 서로 자연스 럽게 교차, 혼합하여 연소하는 버너를 교차형 버너라 하며 공기량 조절장치(Air Register)를 가지고 있지 않다.
이 교차형 버너에 속하는 버너로는 포트 버너(Port Burner), 크로 스 튜브 버너(Cross Tube Burner), 인터 튜브 버너(Inter Tube Burner) 등이 있다.
② 버너 배치상 분류
·수평형 버너
연소실의 벽에 수평으로 설치한 형식으로 # 1,2호기 보령화력과 호 남화력의 미분탄 버너가 여기에 속한다.
특징으로는 공기와 연료의 적절한 혼합과 질소산화물(NOx)의 생성 을 억제하기 위하여 길고, 좁은 화염을 형성하도록 이중 공기 조절 장치(Dual Air Register)를 가지고 있으며, 미분탄 버너 내부에 중 유 버너가 설치되어 있다.
이중 공기 조절장치는 내측 및 외측 공기 조절창치고 나누어 진다.
내측 공기 조절장치(Inner Air Register)는 연료량보다 약간 적은 공기량을 공급하여 연소시 질소산화물의 생성량을 줄인다. 그리고 외측 공기 조절장치(Outer Air Register)는 내측 공기 조절장치에 서 공급된 부족한 공기로 인하여 발생되는 미연소분을 완전연소시 키기 위한 공기를 공급한다.
수평연소식 미분탄 버너의 구조는
·코너형 버너
현재 삼천포화력발전소와 신규 유연탄화력에서 채택하고 있는 버너 로 보일러의 각 코너에 버너를 설치한 형태로 삼천 포화력의 코너형 버너 배치도이다.
미분탄 버너 6개(각 미분탄 버너 위, 아래에는 석탄 공기노즐 [Coal Air Nozzle]을 설치), 경유버너 3개, 보조 공기노즐 (Auxiliary Air Nozzle) 4개, 화염 상부측 공기노즐(Over Fire Air Nozzle)이 각 코너마다 설치되어 있다.
재열증기 온도제어 신호에 따라 석탄 버너, 보조 공기노즐 및 경유 버너 등은 최대 ±30°까지 상,하로 조절하여 증기온도를 조절하고 있으며, 질소 산화물(NOx)의 발생 억제를 위하여 화염 상부측 공기 노즐(Over Fire Air Nozzle)를 활용하고 있다.
·PM 버너(Pollution Minimum Burner)
신규 석탄화력발전소에서 새롭게 채택하는 버너로서 미분탄 공급관내의 구조 역학상 탄의 집중효과 에 의하여 분리된 미분탄과 1차공기를 2개로 분리된 버너노즐 즉, 미분탄 과다 노즐(Concentric Coal Nozzle)과 미분탄 부족 노즐 (Weak Coal Nozzle)로 분사시켜 휘발분 연소시 발생하는 질소화합 물을 저감하는 형식이다.버너배치는 미분탄 부족 노즐은 부족 노즐끼 리, 미분탄 과다 노즐은 과다 노즐끼리 번갈아서 수직으로 근접하 게 배치한다.
질소산화물의 저감 원리는 두 개로 형성된 연소영역에서 NOx 발생 량을 감소시킨다.
연료 과다영역(Fuel Rich)에서는 공기량이 적어 휘발분 연소가 지 연됨으로 NOx 발생량이 감소되며, 또한 미연 가스량이 증가하게 된 다.
공기 과다영역에서는 NOx의 발생량은 공기량이 증가에 따라 증가하 지만, 연료 과다영역에서의 미연 가스량이 유입으로 NOx 생성을 억 제하게 됨에 따라 NOx 생성량이 감소한다.
PM 버너에서는 이론 공기량보다 약간 부족한 연소용 공기를 공급하 고, 연소영역 상부로 다시 나머지 공기를 공급하는 노즐(Over Fire Air Nozzle;화염 상부측 공기노즐)이 설치되어 완전연소가 이루어 진다.
·수직형 버너
저휘발성의 국내 무연탄 연소를 위하여 연소실 상부에 수직방향으 로 설치된 버너이다. 미분탄 버너사이에는 화 염 안정용으로 중유 버너가 설치되어 있다.
석탄버너 끝부분(Tip)의 모양에 따라 1 Tip Nozzle과 3 Tip Nozzle 로 나누어 진다.
3.4 미분기 계통의 통풍기
⑴ 1차 통풍기(Primary Air Fan)
·미분기에서 분쇄된 미분탄을 버너로 이송하여 연소실로 분출시키기 위한 공기를 공급하는 통풍기
·연소방식에 따라 운전방식과 사용공기의 온도가 다르다.
① 간접 연소식
사용하는 공기는 공기예열기 출구에서 공급한다.
340℃ 종도의 매우 더운 공기를 취출하여 사용하므로 차가운 공기로 기동하는 것은 피하고 반드시 예열한 후 기동하여야 한다.
② 직접 연소식
대기 또는 압입 통풍기 출구에서 공기를 흡입하는 경우와 공기예열기 출구에서 흡입하여 사용하는 계통이 있다.
⑵ 흡기 송풍기(Exhaust Fan)
간접 연소식과 직접 연소식에 따라 담당하는 기능이 다르다.
① 간접 연소식
공기 분리기에서 분리된 공기를 흡입하여 미분기 계통의 순환을 담당 하는 송풍기로 발전소에 따라서 미분기 송풍기(Mill Fan)라 부르고 있다.
② 직접 연소식
미분기에서 분쇄된 미분탄을 흡입하여 미분탄 버너로 이송시키는 송 풍기이며, 유연탄화력의 1차 통풍기와 같은 기능을 담당하고 있다.
⑶ 배기 송풍기(Vent Fan)
·간접 연소식에서 미분기 계통의 순환 공기(또는 가스) 중에 함유되어 있 는 수분을 제거하기 위한 송풍기
·송풍기 출구에서 일부는 밴트 버너(Vent Burner)로 보내고, 일부는 백 필 터(Bag Filter) 계통으로 보내기도 한다.
·서천화력에서는 흡기 송풍기가 없이 배기 송풍기만 설치되어 있어 두 송 풍기의 역할을 모두 담당하고 있다.
⑷ 냉각 송풍기(Cold Air Fan)
·영월화력은 미분기 계통의 순환공기 대신에 보일러 하부의 고온 연소가스 를 취출하여 사용하고 있다. 이 경우 고온가스를 미분기 계통에 그대로 공급하게되면 온도가 너무 높아 화재 위험이 있으므로 미분기 계통내 순 환가스의 온도를 적절하게 유지시키기 위해 대기로부터 찬 공기를 공급하 는 송풍기를 냉각 송풍기(Cold Air Fan)이라 한다.
⑸ 미분기 밀봉공기 송풍기(Mill Seal Air Fan)
·유연탄화력에서는 미분기 계통이 정압(+압)으로 운전되고 있으므로 미분 탄 누설 및 누설된 미분탄에 의한 윤활유 계통의 오염을 방지하기 위해 설치한 송풍기로 미분기 계통보다 약간 높은 압력으로 운전된다.
5. 연소용 공기의 종류 및 영향
⑴ 1차 공기
·1차 공기 통풍기로 압력을 높여 공급하며 직접 연소방식에서는 미분기로 직접 보내어 석탄의 건조와 분쇄된 미분탄을 운송하는 역할을 담당하고 있으며, 간접 연소방식에서는 미분탄 저장조의 미분탄을 미분탄 급탄기를 거쳐 공급된 미분탄을 벤튜리 혼합기에서 혼합하여 미분탄 버너로 운송하 는 역할을 담당하고 있다.
·일반적으로 1차 공기 통풍기의 출구측 압력은 약 800∼850mmH2
O를 유지시 키나, 이 압력 변동에 따른 영향은 다음과 같다.
① 1차 공기 압력이 높으면
·화염의 전파속도보다 빠른 속도로 분사되므로 착화점이 멀어지고 화 염이 불안정한 상태로 길어지며 심할 경우에는 소화된다.
·화염이 길어짐에 따라 연소구역이 상향되므로 배기가스 온도가 상승 되고 미연탄소분이 증가하게 된다.
② 1차 공기 압력이 낮으면
·화염의 전파속도보다 늦은 속도로 분사되므로 착화점이 짧아지고 석 탄버너 및 주위 수냉벽의 과열을 초래한다.
·각각의 석탄버너에 미분탄을 균등 배분하기가 곤란하며, 배관 곡관 부에 미분탄의 퇴적으로 막힘(Plugging)현상이 생길 우려가 있다.
⑵ 2차 공기
·압입 통풍기에 의해 공급되어 공기예열기를 거쳐 미분탄 버너 주위로 공 급되는 공기
·주 연소용 공기로 일반적으로 전체 연소용 공기중 2차 공기가 차지하는 비율은 약 50∼70% 정도이다.
⑶ 3차 공기
·수직 연소방식에서 압입 통풍기와 공기예열기를 거쳐 버너하부의 수직 노벽의 공기구멍(Air Port)을 통하여 수평으로 공급하는 연소용보조 공기
·2차 공기에 의해 화염 안정용 연료유와 미분탄이 착화, 연소되나 버너 근 접영역에서 급격한 연소반응으로 산소가 많이 소모되어 연소실 하부로 갈 수록 산소 농도가 저하되어 완전연소가 곤란하게 되므로 이곳에 연소보조 용 공기인 3차 공기를 공급하여 연소를 촉진하고 있다.
① 3차 공기 압력이 높으면
화염의 연소 중심점이 상향되어 연소실 출구온도가 상승되고, 연료가 연소실내에서 체류시간이 짧아지므로 미연탄소분이 증가하게 된다.
② 3차 공기 압력이 낮으면
화염이 수냉벽측으로 근접하게 되어 수냉벽의 온도가 올라가고, 수냉 벽의 표면에 크링커(Clinker) 생성이 촉진된다.
⑷ 제트(Jet) 공기
·1차 공기 통풍기의 출구에서 취출하여 석탄버너 안쪽의 공기 구멍을 통하여 하향으로 공급되는 공기
·연료영역(Fuel Cell)과 연소실 중심선 사이에 공기벽을 형성하여 화염이 옆으로 꺾이는 것을 방지한다.
제 1 편 터 빈
제 1 장 터빈 원리와 분류
1.1 기본 동작원리
·화력 발전소는 연료의 화학적 에너지를 전기에너지로 변환시키는 에너지 변화기구(Conversion Mechanism)이며 보일러, 터빈 및 발전기로 구성
·터빈이란 증기, 가스와 같은 압축성 유체의 흐름을 이용하여 충동력 또는 반동력으로 회전력을 얻는 기계장치
·증기를 이용하는 경우를 증기 터빈(Steam Turbine), 연소가스를 이용하면 가스 터빈(Gas Turbine)이라 한다.
·증기 터빈은 증기의 열 에너지(Thermal Energy)를 기계적 에너지(회전력) 로 변환시키고, 동일 축에 연결된 발전기는 터빈에서 변환된 기계적 에너 지를 전기적 에너지로 변환시키는 기계장치
·단(Stage)이란 노즐과 회전날개(Moving Blade)로 구성
· 제2단 노즐에서 분출된 증기는 회전날개에 부딪혀 일 을 한 후 에너지의 일부를 잃는다.
·제2단은 약간 낮은 압력으로 터빈 로타(Rotor)를 돌리며, 제3단에서도 동 일한 방법으로 증기가 통과하므로 증기의 모든 에너지는 터빈 로타에 전 달한 후 배기증기(Exhaust Steam)로서 터빈을 떠난다.
·실제 터빈에서는 한 개의 단(Stage)으로 증기의 열에너지를 전부 회전력 으로 변환시킬 수 없으므로 단을 여러개 설치하여 증 기의 열에너지를 최대한 이용한다.
제 2 장 터빈 구조
2.1 케 이 싱(Casing)
·터빈 회전체의 외부를 덮고 있는 기밀실로서, 증기가 일을 하기 위한 공 간을 제공하며, 내부에 다이아프램(Diaphragm) 및 패킹(Packing)이 조림 되어 있다.
·구조
① 케이싱은 구조상 고압(High Pressure, H.P), 중압(Intermediate Pressure, I.P), 저압(Low Pressure, L.P) 케이싱으로 구분한다.
분해 및 조립이 쉽도록 수평 중심면에서 상,하 2분할하여 볼트(Bolt) 로 결합한다.
② 저압 터빈 케이싱 하부는 복수기와 연결되어 있다.
③ 다이아프램을 지지하며, 이것이 로타(Rotro)와 간격이 일정하게 유지 되도록 한다.
④ 열팽창이 자유롭고 형상이 변하지 않는 구조이어야 한다.
⑤ 정지중 케이싱 내부에 응축수가 고여 있으면 내부 습도가 증가되어 부 식 및 열변형을 초래하므로 케이싱의 가장 낮은 이치에 배수(Drain)관 을 설치한다.
2.2 로 타(Rotor)
·케이싱 내부로 유입된 증기의 작용으로 증기의 열에너지를 기계적 에너지 (회전력)로 변환시켜 발전기에 전달하는 부품이다.
·축(Shaft)과 회전날개(Moving Blade)로 구성되며 회전하는 부품 전체
·축은 회전날개와 더불어 가장 큰 응력이 발생하는 부분으로 충분한 강도를 가지고, 무게 중심이 잘 잡혀 있어서 진동이 발생되지 않도록 제작
2.3 노즐과 다이아프램
⑴ 노즐(Nozzle)
·증기의 열에너지를 속도에너지로 바꾸는 작용을 하며 고정날개(fixed Blade)를 조합한 것
·축소-확대 노즐은 단식 또는 속도복식의 소형 터빈이나 혼식 터빈의 커티 스단(Curtis Stage)에 사용하며, 축소 노즐은 압력복식 터빈에 사용
·고압 터빈 제1단은 압력 및 온도가 높을 뿐 아니라 부하의 증감에 따른 출구 압력, 온도가 크게 변화한다. 그러므로 이러한 악조건에 대비하여 노즐은 노즐 블록에 장착되어 내부 케이싱에 조립되어 있다.
·터빈 조속단(Control Stage)에 있어서 고정날개의 제1열을 노즐 블록 (Nozzle Block)이라 한다.
·고정날개는 몇 개의 그룹(Group)으로 분리되어 있으며, 각각의 그룹은 각 주증기 조절밸브(Control Valve)와 연결되어 있다.
·노즐 블록이 없는 경우는 다이아프램(Diaphragm)에 노즐이 심어져 있다.
·주증기 조절밸브에서 공급된 증기는 증기실(Steam Chamber)에서 원주상의 노즐에 일률적으로 공급하도록 되어 있어 케이싱 구조가 간단해지고 열응 력 경감에도 유리하다.
⑵ 다이아프램(Diaphragm)
·내부 링(Inner Ring)과 외부 링(Outer Ring) 사이에 고정날개가 붙은 한 열(Row)
·다이아프램의 외부링은 터빈 케이싱에 조립되어 고정되어 있고, 내부 링 은 축을 둘러 싸고 있으며 래비린스 패킹(Labyrinth Packing)을 설치하여 증기 누설을 방지한다.
·고정날개는 움직이지 않으므로 증기가 보유한 압력에너지의 감소는 속도 에너지의 증가를 가져온다.
·속도가 증가된 증기는 많은 운동에너지를 보유하고, 이 에너지를 회전날 개에 전달하여 로타를 회전 시키므로, 운동에너지를 기계적에너지로 변환 한다.
·다이아프램은 회전날개 열과 함께 단(Stage)을 형성하고, 각 단의 기밀을 유지하는 역할을 하며 상,하 2분할 구조
·증기가 팽창 도중 습도가 증가되는 저압 터빈의 마지막 단 부근에서는 물 방울이 발생하므로 케이싱, 다이아프램 또는 고정날개 에 물방울 자체의 원심력을 이용한 배제장치를 설치하여 물방울을 증기 통로 밖으로 배출한다.
2.4 날 개(Blades)
·회전날개(Moving Blade)는 축에 심어진 비틀림 날개(Curved Blade)로서 노즐로부터 나온 증기의 속도에너지를 직접 회전력으로 변환되는 부분
·고정날개(Fixed Blade)는 회전날개에서 유출되는 증기의 운동방향을 바꾸 어 다음 회전날개로 유효하게 분출시키는 역할
·날개는 노즐과 같이 터빈 효율에 영향을 미치며, 운전의 안전성 또는 내 구성에 크게 관계된다.
· 날개 길이가 짧을 때는 단면 형상이 뿌리(Root)부분에 서 끝부분(Tip)까지 균일한 두께의 날개를 사용하며, 긴 날개는 원심력 등에 견딜 수 있도록 두께 및 폭을 끝으로 갈수록 작게 하여 사용
·긴 날개에서는 뿌리부분과 끝부분의 원주속도에 차이가 발생하므로 증기 유입각과 날개 입구각이 전체 길이에 걸쳐 일정하도록 비틀림 날개를사용
·날개 단면 형상은 입구각과 출구각에 의하여 결정되며, 단면 형상에 따라 충동날개와 반동날개로 분류
·날개의 날개사이 간격을 일정하게 유지하기 위하여 날개의 끝부분에 슈라 우드 판(Shroud Ring, Shroud Band)을 끼워서 날개간격유지, 증기가 원심 력에 의하여 반경방향으로 튀어나오는 것 방지, 날개의 진동방지 및 날개 강도를 유지한다.
2.5 베 어 링(Bearing)
⑴ 저어널 베어링(Journal Bearing)
·로타(Rotor)를 지지하는 베어링으로 축의 저어널과 접촉되어 있다.
· 구조는 주철제 셸(Shell)에 주석(Sn)을 주성분으로 한 베빗메탈(Babbitt Metal)이 입혀져 있다.
·베어링 본체는 수평으로 2분할 되고, 축 중심선과 베어링 중심선이 자동 적으로 일치하도록 되어 있다.
·베어링의 윤활은 윤활유펌프에 의한 강제급유 방식이며, 윤활유는 베어링 하부 또는 측면으로 들어가 기름 홈에서 베어링 전체로 공급한다.
·터빈 기동, 정지시에는 유막이 형성되지 않으므로 베어링 메탈면의 손상 위험이 있어 고압(100∼150kg/cm2)의 윤활유를 베어링 하부에서 분출시켜 축을 등어 주므로(Oil Jacking)회전이 원활하여 진다.
·베어링과 축 사이의 간격(Clearance)은 기름의 점도, 축 직경, 회전속도 에 따라 달라지며 간격이 과대 또는 과소할 경우 진동의 원인이 되므로 주의하여야 한다. 일반적으로 저어널 베어링은 케이싱 또는 로타 단위로 2 개를 로타 양단에 설치한다.
⑵ 추력 베어링(Thrust Bearing)
·추력(Thrust)발생에 의하여 터빈 회전부와 공정부의 접촉에 의한 로타 손상을 방지하기 위하여 추력 베어링을 설치한다.
·추력이란 터빈 케이싱 내부를 흐르는 증기가 회전날개와 부딪히므로서 발 생한 힘을 말하며, 증기 흐름방향과 동일하게 발생한다.
·추력 베어링은 로타의 팽창 기준점이 된다.
· 추력 베어링은 스러스트 칼라(Thrust Collar)와 스러 스트 패드(Thrust Pad) 사이의 유막에 의하여 추력을 흡수하는 구조
·추력 베어링은 여러개의 스러스트 패드로 조립되어 스러스트 칼라 전,후 에 설치한다.
2.6 축 이 음(Coupling)
·터빈의 축과 축사이, 고압 터빈 축과 주윤활유 펌프(Main Oil Pump, M.O.P) 축 사이, 터빈과 발전기 사이, 발전기와 여과기 사이를 연결하여 회전력을 전달하는 부품을 축이음(Coupling)이라 한다.
·축이음은 볼트로 결합하며, 어떤 이유로 과부하가 걸릴 경우, 축이음 볼 트가 먼저 파손되어야 하며 축이음 자체가 파손되어서는 않된다.
·축이음의 외면에 기어(Gear)를 가공하여 터닝 기어 연결용으로 사용된다.
2.7 터닝 기어(Turning gear)
⑴ 기능
·터빈 기동전 도는 정지 후 축을 서서히 돌려주어 로타의 편심(偏心, Eccentricity) 발생을 최소화하는 장치
·터빈 정지 후 축을 그대로 두면 터빈 각 부위가 점차 냉각됨에 따라 축의 상부에는 증기가 고여 있으므로 상,하부 온도차가 생길 뿐만 아니라, 축 의 자중에 의하여 변형되므로 이것을 최소화 하기 위하여 설치한다.
·장기간 정지하였던 터빈은 축이 약간 굽어 있으므로 이런 상태에서 고속 회전을 시키면 심한 진동을 일으킨다.
·기동하기 전에 축을 서서히 회전시켜서 축의 온도분포를 균등하게 하여 굽었던 축을 바르게 한다.
⑵ 구동 방법
① 모터구동 방식(Electric Motor Driven) : 터빈의 축이음부를 전동기 회전자로 삼아 회전시키는 방법과 감속 기어를 통한 회전방법이 있으며, 감속 기어를 이용하는 것이 가장 많이 사용 된다.
② 고압유 펌프(Turning Gear Oil Pump, T.G.O.P) 또는 윤활유펌프 출구 측 압력으로 터닝 기어의 날개에 충동력을 주어 회전시킨다.
⑶ 윤활유 온도
·터닝 기어 운전시 공급되는 윤활유 온도는 점도를 고려하여 10℃ 이상으 로 하되, 27∼32℃가 적당하다.
·윤활유 온도가 적당하지 않으면 원활한 회전이 않된다.
제 3 장 윤 활 장 치
3.1 개요
⑴ 설치 목적
·윤활장치(Lubricating Oil System)는 터빈 및 발전기 축이 회전할 대 베 어링 및 기타 부위에 적당한 압력과 온도로 윤활유를 공급하는 장치
·터빈 및 발전기의 축은 고속 회전체이므로 적절한 윤활장치가 업으면 베 어링과 축의 금속 마찰에 의하여 큰 손상을 초래한다.
·충분한 보호장치가 필요하며, 터빈 정지시에도 축 냉각을 위하여 윤활유 를 계속 순환시킨다.
⑵ 윤활유 용도
① 터빈 및 발전기 베어링의 윤활 및 냉각용
② 조속기(governor) 및 제어기구의 제어용
③ 보호 및 보안장치의 제어용
④ 재킹 오일(Jacking Oil)
⑤ 터닝 기어 운전 등에 사용
3.2 윤활유 계통(Lubricating Oil System)
·터빈-발전기 윤활유 계통은 베어링 윤활유 계통과 터빈의 각종 밸브를 조 작하는데 사용되는 제어유 계통의 두가지 중요한 기능을 수행
·터빈-발전기 로타는 1,800∼3,600RPM의 고속 회전체이므로 적절한 윤활장 치가 없으면 회전부분이 마찰로 마모되므로 베어링 윤활은 회전체와 고정 체 사이에 금속 접촉을 예방하고 베어리의 온도 상승을 막기 위하여 열을 흡수하여 이동시킨다.
·윤활 창지의 기능상 가장 중요한 것은 로타가 회전할 때 반드시 베어링 및 기타 필요한 부위에 적절한 온도와 압력으로 윤활유를 공급하는 것으 로, 주기적인 자동 기동 시험을 실시하여 그 기능이 완전하도록 하여야 한다.
3.3 주윤활유 펌프(Main Oil Pump, MOP)
· 고압 터빈측 베어링 앞쪽에 터빈 축과 직결되어 구동 되는 원심펌프이다.
·축과 같은 속도로 회전하며, 여수화력 제2호기와 같이 감속장치를 두는 경우도 있다.
·기동시 터빈 속도가 약 3,000RPM에 이르면 펌프는 정상적인 기능을 발휘 하며, 터빈 운전중에는 항상 구동되어 정상적인 윤활유 압력을 공급하다.
·터빈 운전중 이 펌프의 정지로 토출 압력이 떨어지면 즉시 보조 윤활유 펌프(Aux. Oil Pump, A.O.P)가 자동 기동되어야 한다.
·구조 및 계통
① 펌프 흡입은 윤활유 탱크 내부의 승압 펌프 출구측에서 받는다.
② 펌프를 나온 윤활유 중 일부는 조속장치와 보호장치의 동작용 및 제어 용으로 공급되고, 나머지는 승압 펌프(Booster Pump)를 구동하는오일 터빈(Oil Turbine)에 들어가 일을 한 후 감압된다.
③ 감압된 윤활유는 윤활유 냉각기를 거쳐서 터빈 및 발전기의 각 베어링 에 공급된다.
3.4 승압 펌프와 오일 터빈
⑴ 주윤활유 펌프는 터빈 축에 직결되어 있으므로 윤활유 탱크로 부터 상당 히 높은 위치에 있고, 원심펌프이므로 흡입력을 주는 승압 펌프(Booster Pump, B.P)가 필요하다. 따라서 오일 터빈에 의해 구동되는 승압 펌프를 윤활유 탱크 내부에 설치하며, 오일 터빈(Oil Turbine)은 주윤활유 펌프의 출구 유압에 의하여 구동된다.
⑵ 모타 흡입 펌프(Motor Suction Pump, M.S.P)가 설치 된 경우는 터빈 기동시 주윤활유 펌프의 흡입력을 모타 흡입 펌프에서 공급하며, 주윤활유 펌프의 기능이 정상회되면 오일 터빈에 고압 오일 (Oil)을 보내어 승압 펌프를 구동시키게 된다.
⑶ 오일 터빈 대신 오일 이젝터(Oil Ejector)로 주윤활유 펌프에 흡입력을 주는 경우도 있고, 승압 펌프가 설치 않된 경우도 있다.
3.5 보조 윤활유 펌프(Auxiliary Oil Pump, A.O.P)
·터빈이 기동되어 정격속도로 운전되기 전에는 주윤활유 펌프가 정상적인 기능을 발휘할 수 없으므로 터빈 기동, 정지시 윤활유 공급을 위하여 교류 전동기(A.C Motor)로 구동되는 별도의 펌프를 설치한다.
·보조 윤활유 펌프는 대부분이 수직 원심형(Vertical Centrifugal)으로 2 대를 설치하여 1대는 예비기로 사용되고, 1대로서 터빈-발전기 베어링 윤활용과 조속 및 보호장치 동작용 고압 제어유를 공급한다.
·근래 터빈의 대형화 및 조속장치의 발달로 전기식 조속기(E.H.C)를 사용 하는 발전소는 베어링 윤활용 펌프, 조속 및 보호장치 동작용 펌프를 별 도로 설치하여 오일( Oil)을 공급한다.
·터빈 정상 운전시는 보조 윤활유 펌프를 운전할 필요가 없으며 터빈 기 동, 정지 및 주윤활유 펌프계통의 고장이나 기타 원인으로 윤활유 압력이 떨어질 경우 자동 기동되도록 되어 있고, 수동으로 정지한다.
·보조 윤활유 펌프와 조속용 펌프(Aux. Governor Oil Pump)가 별도로 설치 된 경우, 조속용 펌프는 자동 기동되지 않는 것도 있으나 보조 윤활유 펌 프만은 반드시 자동 기동되어야 한다.
·보조 윤활유 펌프의 자동 기동 상태가 불량하면 터빈에 중대한 고장의 원 인이 되므로 주기적인 시험을 실시하여 항상 완전한 상태로 유지하여야 한다.
3.6 비상 윤활유 펌프(Emergency Oil Pump, E.O.P)
·터빈이 비상 정지되고 발전소내 교류(A.C) 전원도 없을 때(Black Out)는 주윤활유 펌프와 보조 윤활유 펌프는 제 기능을 발휘하지 못하므로 터빈- 발전기 베어링에 윤활유를 공급할 수 있는 펌프를 설치한다.
·비상 윤활유 펌프는 터빈에 설치된 최후의 보호장치로서 발전소마다 설치 된 배터리실(Battery Room)에서 공급되는 직류(D.C) 전원으로 구동되며 대부분 수직 원심형이다.
·베어링 윤활유 압력이 허용 한계치 이하로 될 경우 자동 기동되며, 펌프 는 전동기 자체보다는 터빈에 윤활유 공급이 우선하므로 과부하(過負荷) 로 인한 정지는 되지 않고 경보만 울리게 한다.
·펌프는 소용량이므로 제어유는 공급할 수 없으며, 배관저항을 줄이기 위 하여 윤활유 냉각기를 우회(By-Pass)하여 공급하기도 한다.
3.7 터닝기어 오일펌프(turning Gear Oil Pump, T.G.O.P)
·터닝 기어 운전시 터빈-발전기의 각 베어링에 윤활유를 공급하며, 교류 전동기로 구동되고 수직 원심형이 대부분이다.
·보조 윤활유 펌프(A.O.P)로서 터빈 각 베어링에 윤활유와 조속장치 동작 용 고압 제어유를 동시에 공급하는 설비는 터빈이 장시간 저속으로 운전 할 경우 조속장치용 고압 제어유는 필요가 없으므로 이 펌프를 구동하여 전력소비를 감소시킨다.
·보조 윤활유 펌프 역할을 하는 것이므로 설치 않된 경우도 있으며, 비상 윤활유 펌프(E.O.P)역할을 겸하는 경우도 있다.
3.8 재킹 오일 펌프(Jacking Oil Pump, J.O.P)
·터닝 기어 기동시 베어링 하부에 유막이 형성되지 않아 축과 베어링의 금 속면이 직접 접촉되므로 베어링 금속면이 손상될 위험이 있다.
· 터닝 기어를 기동하기 전에 축을 약간 들어 주어 베어 링에 유막을 형성시킨 후 축을 회전하기 위하여 설치한다.
·펌프 형식은 기어(Gear)식이며, 펌프에서 나오는 100∼150kg/cm2
·g의 고 압 오일을 베어링 하부에 공급하여 축을 0.015mm 정도 들어준다.
·각 축마다 무게가 다르므로 축마다 공급되는 재킹 오일 압력을 조절할 수 있도록 유압 조절 밸브(Regulating Valve)를 설치하며, GE에서 제작한 터 빈에는 설치하지 않는다.
3.9 가스 배출기(Vapour Exhaust Fan)
·윤활유는 베어링을 순환하여 윤활유 탱크에 다시 모이며, 이때 윤활유 속 에는 많은 휘발성 산화물이 포함되어 있고, 이것이 계속 순환하여 윤활유 계통의 산화를 촉진시킨다.
·수소냉각 발전기에는 윤활유에 수소가스가 섞여 있으므로 윤활유 탱크 상부에 배출기를 설치하여 대기중으로 배출하며, 정지 중이라도 발전기에 냉각용 수소가스가 충진되어 있으면 반드시 운전하여 야 한다.
·배출기에 의해 윤활유 탱크 내부를 항상 부압(-)으로 유지하므로 베어링의 밀봉(Oil Seal)부위에서 윤활유의 누설을 방지하 고, 윤활유 드레인(Drain)이 탱크로 잘 회수되도록 하며, 배출기 형식은 대부분 팬(Fan)식이다.
3.10 윤활유 탱크(Turbine Oil Tank)
⑴ 기능
① 윤활계통의 전체 윤활유 량을 저장할 수 있다.
② 윤활유 펌프 및 기타 장치를 설치한다.
⑵ 용량은 주윤활유 펌프 토출량의 10∼20배 크기이다.
⑶ 구조
① 바닥은 1/25정도 기울어 산화물 또는 이물질을 배출시킨다.
② 운전중 거품 발생에 대비하여 상부에 약 30%정도의 공간을 갖고있다.
③ 드레인(Drain)관과 펌프 흡입관은 멀리 덜어져 있다.
④ 윤활유 유동을 억제하기 위하여 내부는 여러개의 칸막이로 되어있다.
⑤ 윤활유가 베어링으로부터 중력(Gravity)에 의하여 원활하게 드레인 되도록 터빈 아래층에 저장탱트가 설치되어 있다.
3.11 윤활유 냉각기(Oil Cooler)
·각 베어링을 통과한 윤활유는 축의 저널(Journal)에서 열을 흡수하여 온 도가 상당히 높아졌으므로 베어링에 공급하기 적절한 윤활유 온도를 유지 하기 위하여 냉각기에서 냉각시킨다.
·형식은 대부분 표면 냉각식 열교환기를 사용하며, 냉각수는 일반적으로 소내 냉각수(Aux. Cooling Water)를 사용한다.
제 4 장 조속장치
4.1 터빈 밸브
⑴ 밸브 동작 방법
·터빈 밸브이 동작은 고압 제어유(Control Oil)에 의하 여 열리고, 스프링(Spring)힘으로 닫힌다.
·밸브가 열리는 상태는 조속장치의 신호가 파일럿(Pilot) 밸브의 스템 (Stem)을 움직여 유압 구동장치(Hydraulic Actuator) 내부의 피스톤 (Piston) 하부에 고압 제어유를 공급하므로서 위에서 누르고 있는 스프링 힘보다 크게하여 위로 밀고 있게 되며, 닫히는 상태는 제어유가 배출되므 로서 스프링 힘이 아래로 동작하는 것으로 우리회사의 모든 발전소는 이 방식을 사용한다.
⑵ 주증기 정지밸브(Main Stop valve, M.S.V)
① 보일러의 주증기를 고압 터빈에 공급하는 밸브로서 유량 제어는 못하 고, 개폐(2위치, ON-OFF)기능만 있다. 정상 운전중에는 고압 터빈에 증기를 공급하고, 비상시나 정지시에는 차단 기능을 가지므로 주증기 정지밸브(또는 Emergency Stop Valve)라 한다.
② 설치 위치는 고압 터빈 앞쪽에 좌,우로 2개가 설치되며, 디스크 (Disc), 시트(seat), 스템(Stem), 유압 구동장치(Hydraulic Actuator) 및 스트레이너(Strainer)로 구성된다.
③ 정상 운전시 피스톤 하부에 고압의 제어유가 공급 되면 스프링을 압축하고 디스크를 밀어 올려서 밸브를 열며, 제어유 의 압력이 유지되는 한 완전히 열린 상태를 지속하게 된다. 제어유 압력 상실 또는 공급 차단시에는 유압 구동장치 내의 제어유 압력이 저하되므로 스프링의 압축력에 의하여 주증기 정지밸브도 신속히 닫 겨 증기를 차단한다.
④ 터빈 기동 준비 및 기동 초기에는 고압 터빈에 들어가는 증기량을 조 정할 수 있다.
⑤ 주증기 정지밸브는 정상 운전중 항상 열려 있으며, 비상시에 신속히 닫겨 사고를 방지하여야 하므로 평소 주시적인 동작시험을 실시하여 야 하고, 운전중에도 실시할 수 있어야 한다.
⑶ 주증기 조절밸브(Control Valve, C.V)
① 설치 위치
주증기 정지밸브와 고압 터빈 본체 사이이며, 조속기에 의하여 제어 되는 밸브로서, 고압 터빈에 유입되는 증기량을 미세하게 조절하며 조속밸브(Governor Valve)라고도 한다.
② 설치 목적
주증기 조절밸브를 조절하므로서 터빈 속도 및 부하를 조절하며, 설 치 개수는 일반적으로 4개 또는 그 이상이며 주증기 정지밸브가 완전 히 열린 상태에서 터빈 유입 증기량을 조절한다.
⑷ 재열증기 정지밸브(Reheat Stop Valve, R.S.V)
① 재열기에서 재가열된 증기를 중압 터빈에 유입하기 위한 밸브로서, 유량제어는 못하고 개폐(2이치, On-Off)기능만 있다.
② 정상 운전중에는 중압 터빈에 증기를 공급하고, 비상시나 정지시에는 증기 유입을 차단하는 기능을 갖는다.
③ 재열증기 정지밸브는 내부 바이패스 밸브가 없다는 것을 제외하면 형 태와 구조가 주증기 정지밸브와 유사하며 유압 구동자치에 의해 동작 된다.
⑸ 재열증기 조절밸브(Intercept Valve, ICV)
① 설치 위치
재열증기 정지밸브와 중압 터빈 본체사이에 설치한다. 재열증기 정 지밸브와 함께 설치하여 밸브 시티(Seat)가 공통으로 되어 있는 것을 복합 재열증기 밸브(Combined Reheat Valve, C.R.V)라 하며, 현재 가 장 많이 사용한다.
② 기능
재열계통의 영향으로 인한 터빈 과속을 방지하기 위하여 설치하며, 정상 운전중 완전히 열려 있다가 터빈 정지(Trip)시 닫히며, 다음의 경우에는 조절기능을 수행한다.
· 부하가 갑자기 감소되면 고압 터빈 입구의 주증기 조절밸브의 증 기량 조절에도 불구하고 재열기관 내부에 있는 많은 증기 때문에 터빈 속도가 계속 상승한다.
· 정격속도의 101%에서 닫히기 시작하여 105%에서 완전히 닫힌다.
· 그동안 주증기 조절밸브가 닫히므로 속도는 감소하며, 정격속도가 되면 재열증기 조절밸브는 다시 완전히 열린다.
⑹ 블로우 다운 밸브(Blow down Valve, B.D.V)
·고압 및 중압 터빈이 1개의 케이싱에 있는 구조에서 터빈이 정지되면 터 빈 밸브(M.S.V, C.V, R.S.V, ICV 등)가 닫혀 고압 터빈 내부 및 재열기의 압력이 급상승하게 된다.
·중압 및 저압 터빈은 복수기 진공의 영향으로 증기 흐름이 없는 상태이므 로 고압 터빈과 큰 압력차가 발생한다.
·고압 터빈과 중압 터빈사이의 미드 스팬 실(Mid-Span-Seal)을 통하여 저 압측으로 과속도 보호장치(OverSpeed Governor)를 동작시키기에 충분한 누설량이 흐를 수 있다. 이를 방지하기 위하여 설치 한 것이 블로우 다운 밸브이다.
·블로우 다운 밸브는 정상 운전중에는 닫혀 있고, 정지시 열려서 누설 증 기를 복수기측으로 배출하여 터빈의 과속을 방지한다.
⑺ 배기 밸브(Ventilator Valve, V.V)
·정상 운전중 터빈 내부에는 증기가 계속 흐르기 때문에 회전날개가 일정 온도를 유지한다.
·어떤 원인으로 정상 운전중인 터빈이 정지(Trip)되면 터빈 계통의 주증기 및 재열증기 밸브들이 닫혀 증기흐름이 중단되고, 고압 터빈 내부에는 증 기가 갇힌 상태로 터빈은 관성력 때문에 회전하게 된다.
·증기흐름이 멈춘 상태에서 회전날개에는 풍손(Windage Loss)에 의하여 심 하게 과열되어 고압 터빈 내부 손상의 원인이 되므로 증기 흐름이 필요하 다. 이를 위하여 배기 밸브(Ventilaotr Valve)를 주 증기 조절밸브와 고압 터빈 사이에 설치한다.
·터빈이 정지되면 배기 밸브가 열려 고압 터빈 및 재열기측의 증기를 대기 중으로 흐르게 하여 회전날개를 냉각시켜 고압 터빈의 온도 상승을 방지 한다.
⑻ 드레인 밸브(Drain Valve)
① 터빈 내부로의 물 유입은 터빈에 심각한 영향을 미치게 되므로 방지 가 확실하여야 한다. 즉, 습분이 터빈에 유입되면 물방울이 고속으 로 회전하는 회전날개에 부딪히면서 마치 탄환처럼 작용하여 회전날 개에 부분적 파손을 초래한다. 따라서 드레인 밸 브를 설치하여 물방울이 터빈 회전날개에 부딪히기 전에 제거하여야 한다.
② 설치 위치
·주증기 정지밸브 전 ·주증기 조절밸브 전
·고압 터빈 전 ·중압 터빈 전 등
③ 개폐 시기
·배관 예열(Line Warming) 및 기동시에 밸브를 열어 수분 제거
·터빈 출력이 설정치 이상되면 닫는다.
·터빈정지 중에는 항상 열어 놓아 기동에 대비한다.
⑼ 추기 체크 밸브(Extraction Check Valve)
·설치 목적
급수가열기의 튜브(Tube) 파열 또는 드레인 제어 불량으로 수위가 높아져 터빈으로 역류하면 터빈에 치명적인 손상을 입히게 된다. 이를 방지하기 위하여 설치하며, 또한 터빈 고장 정지시 급수가열기 측에 공급되던 증기가 터빈으로 역류하는 것을 방지하는 역할을 한다.
4.2 조속장치 개요
⑴ 설치 목적
·터빈은 부하(Load) 또는 증기 상태(압력, 온도)의 변화로 회전속도가 변 화하므로 회전속도를 항상 일정 범위내로 유지하여야 한다.
·급격한 부하 변동이나 정지로 인한 과속을 방지하며, 터빈 정지시는 일시 에 계통으로부터 분리시키도록 제어하는 조속장치(Governing System)를 설치한다.
⑵ 기능
① 조속장치는 터빈에 들어가는 증기의 공급량을 조절하여 회전속도 및 부하를 조절한다. 발전기가 계통과 병열운전하고 있을 경우, 터빈 회전속도는 계통 주파수에 전기적으로 구속되므로 조속장치의 조속은 회전수가 변하지 않고 부하 변화로 나타난다.
② 고장 정지시는 증기 공급을 차단하여 터빈을 보호한다.
4.3 조속기의 특성
·계통에는 많은 발전기가 병열운전되므로 사용 연료별로 일정한 속도 조정 률로 조정되어 있다.
·계통의 부하 변화로 계통 주파수가 변하면 각각의 발전기는 조속장치의 특성에 따라 부하가 변하며, 주파수를 정격으로 되돌리기 위해서 조속기 는 다음과 같은 특성이 요구된다.
⑴ 속도 조정율(Speed Droop Variation)
① 조속기의 특성을 변화시키지 않고 터빈 출력을 전부하(100% Load)에 서 무부하로 했을 때의 속도 변화 비율을 속도 조정율이라 한다. 내 연력 및 수력발전소는 3%, 화력발전소는 4∼6%, 원자력발전소는 8% 정도로 조정한다.
② 속도 조정율은 조속기의 안정성과 관련되며, 조정율이 작으면 조속기 는 예민하여 난조를 일으킬 수 있고, 크면 응동력이 부족하다.
⑵ 운전중 정격부하를 갑자기 차단했을 때 속도의 최대변화는 과속도 조속 기(Overspeed Governor)가 동작되지 않는 범위이어야 한다.
만약 터빈 속도가 졍격속도의 10±1%를 초과하면 터빈-발전기의 안전을 위하여 터빈에 증기 유입을 자동으로 차단하여 터빈을 정지시킨다.
|
주 파 수 |
화력 발전소 |
원자력 발전소 |
비 고 | ||
|
회 전 수 |
극 수 |
회 전 수 |
극 수 | ||
|
60 Hz |
3,600RPM |
2 |
1,800RPM |
4 |
한국,미국 |
|
50 Hz |
3,000RPM |
2 |
1,500RPM |
4 |
유럽,일본 |
4.4 터빈 바이패스(By-pass) 운전
⑴ 개요
최근 화력발전소는 원자력발전의 비중이 증가하고, 석유가격의 상승으로 유류, 쳔연가스(LNG) 사용 발전소 및 대용량 석탄 화력발전소가 기저부 하(Base Load)이외의 운전방식 즉, 주말기동정지(Weekly Start & Stop, WSS), 일일기동정지(Daily Start & Stop, DSS), 주기 운전(Cycling Mode)방식이 요구됨에 따라 설비 운전의 신축성을 주기 위하여 터빈 바이패스 계통을 채용한다.
⑵ 보일러 형식별 특징
① 관류형 보일러
보일러수의 유동안정을 위하여 최저부하를 정격출력의 약 30%로 제한 하여 운전한다.
·기동시 보일러에서 발생된 증기가 터빈에 유입될 수 없는 경우,
·정상 운전중 터빈의 부하가 급격히 감소되는 경우,
·정지시 보일러 부하(최저부하는 정격부하의 30%)와 터빈 부하와 차 이가 있는 경우, 증기의 일부 또는 전부를 터빈 바이패스 계통을 이용하여 복수기로 배출시킨다.
② 드럼형 보일러
보일러를 기동하여 증기 유량이 규정치가 될 때 까지는 증기를 고압, 중압 및 저압 터빈을 바이패스하여 복수기로 회수하며, 규정 증기량 이 되면 고압 터빈만 바이패스하여 운전하다가 일정부하 이상에서는 정상적인 증기통로를 통하여 운전한다.
⑶ 바이패스 운전 목적
① 기동(Starting) 및 부하특성(Load Change) 개선
② 보일러/터빈 분리운전
③ 고형입자에 의한 터빈 부품의 침식(Solid Particle Erosion)감소
④ 계통 안정성의 기여
제 2 편 터빈보조기
제 1 장 복수 및 급수 계통
1.1 복수(復水) 및 급수(給水)
복수 및 급수 계통은 최종 증기 터빈에서 배출되는 증기를 복수기에서 물로 응축하여 아래와 같은 각종 설비를 거쳐 보일러로 들어가는 주요한 계통
⑴ 용어 정리
·계통(System) : 조직체 또는 조직적인 상호 작용이나 공동 목표를 수 행하기 위해서 결합된 대상들의 집합
·복수(Condensed Water) : 증기 터빈에서 복수기로 배출되는 증기를 응 축시킨 물
·급수(Feed Water) : 탈기기에서 보일러에 공급하는 물
⑵ 복수 계통의 설비
·복수기(Condenser), 복수펌프(Condensate Pump, COP), 복수 탈염 장치 (Condensate Polishing Plant, CPP)
·그랜드 스팀 콘덴서(Gland Steam Condenser, GSC), 저압 급수 가열기 (LP Heater)와 관련 배관, 밸브 등
⑶ 급수 계통의 설비
·탈기기(Deaerator), 급수 펌프(feed Water Pump, BFP)
·고압 급수 가열기(HP Heater)와 관련 배관, 밸브 등
1.2 복수 및 급수의 흐름도
복수기→핫웰(HOt Well)→복수 펌프→복수 탈염 장치→증기 분사식 공기 추출 냉각기→그랜드 스팀 콘덴서→저압 급수 가열기 →탈기기→급수 저장 탱크→급수 펌프→고압 급수 가열기→보일러 절탄기
1.3 복수 탈염 장치(Condensate Polishing Plant, CPP)
·복수기에 유입되는 증기, 드레인, 보급수 등에는 계통내 금속의 부식 생 성물인 철, 동 등의 금속 산화물, 복수기 튜브 누설시 유입되는 불순물 등이 함유되어 있다.
·불순물을 드럼 보일러에서는 연속 블로우 다운(Continuous Blow Down, CBD)을 통해 배출이 가능한, 관류 보일러에서는 배출이 불가능하므로 수 를 필요로 하는 대용량 드럼 보일러에도 설치하고 있다.
제 2 장 복 수 기
2.1 개 요
·터빈에서 배출되는 증기를 냉각, 응축시켜 물로 회수하는 장치
·복수기 종류에는 증기와 냉각수가 직접 접촉하는 혼합 복수기와 전열면을 통해 열교환을 행하는 표면 복수기가 있다. 발전소는 튜브 전열면을 통 해 열교환이 이루어지는 표면 복수기를 사용하며, 터빈 배기 증기를 응축 시켜 대기압 이하로 나줌으로써 터빈에서 증기가 보유한 열낙차를 크게하 여 터빈 효율을 향상, 응축된 복수를 재 사용함으로써 물처리 비용을 절 감, 급수를 보충하거나 각종 드레인 회수를 위한 장소로 사용된다.
·복수기 부속 설비로는 복수 펌르, 공기 추출기, 순환수 펌프(Circulation Water Pump, CWP) 등이 있고, 이외에 데브리 필터(Devris Filter) 및 볼 세정 장치 등이 있다.
·복수기의 진공도는 통상 냉각수 온도와 수량으로 결정되며, 냉각수량은 우리회사의 경우 대개 복수량의 70∼80배 이고, 냉각수의 복수기 입·출 구 온도차는 7∼10℃ 정도인데 최근에는 환경에 미치는 영향을 줄이기 위 해 7℃ 이하로 한다.
2.2 구 조
· 본체는 강판제 용접 구조이고, 고진공을 유지할 수 있 는 밀폐된 용기로 되어 있다.
·내부에는 전열면을 구성하는 많은 튜브를 설치하여 튜브 내로 냉각수, 튜 브 외측으로 증기가 흐르면서 열교환이 된다.
·하부는 핫웰(Hot Well, 복수기 하부 수조)로 되어 있으며, 상부의 공간에 는 저압 급수 가열기를 내장하고 있다.
·수실은 강판제로써 내식성을 높이기 위해 그 내면에 고무, 스테인리스 강 판 등을 부착하거나, 에폭시(Epoxy)를 도포하고 또한 전기 방식 설비를 하여 해수에 의한 전식을 방지하고 있다.
2.3 진 공 도
⑴ 개요
·국소대기압을 기준으로 복수기내 절대 압력과의 차로써 나타내며, 일반적 으로 진공도가 높을수록 증기의 열낙차가 커지게 되어 터빈 열효율이 향 상된다.
·진공도를 높이기 위해서는 냉각수 온도를 낮추던가, 냉각수량을 증가시키 면 되지만 설비 비용과 보조기 동력의 증가, 터빈 최종단의 습분 증가로 인한 침식방지를 위해 설계 진공도는 통상 가장 경제적으로 되는 냉각수 온도 20℃와 정격 출력을 기준하여 720 mmHg가 되도록 하는 경우가 많다.
⑵ 진공도 저하 원인
① 외부에서 공기유입 ② 튜브 내면 오염
③ 냉각수량 부족 ④ 공기 추출기 성능 저하
⑤ 수실 상부에 공기 누적
2.4 핫웰 수위 조절
·보일러 급수는 보조증기의 사용과 각 벤트(Vent)부 및 밸브와 펌프 그랜 드부에서의 누수 등으로 인해 계통에 공급한 양보다 부족하게 된다. 따 라서 핫웰 복수량만으로는 부족하므로 이 부족분을 보충해야 한다. 부하 가 급격히 떨어지는 경우에는 급수 저장 탱크의 수위 상승으로 탈기기 수 위 조절 밸브(Deaerator Level control Valve)가 닫기면서 핫웰 수위가 높아지고, 부하가 상승하는 경우에는 반대로 저하한다.
·핫웰 수위가 정상 수위보다 낮아지면 핫웰에 부착된 수위 전송기의 전송 신호에 의해 보충수 조절 밸브가 열려 물을 보충하며, 그래도 수위가 떨 어지면 복수 이송 펌프(Condensate Transfer Pump)가 자동 기동되어 보충 한다.
·수위가 정상으로 복귀되면 보충 조절 밸브가 닫김과 동시에 복수 이송 펌 프도 자동 정지된다.
·핫웰 수위가 정상 수위보다 높아지면 배출 밸브(Condenser Rejection Valve)가 작동하여 복수 펌프 출구 측에서 순수 저장 탱크로 복수를 배출 시킨다.
제 3 장 복수 펌프
3.1 개 요
·복수기에서 응축된 물을 보일러 급수로 재 사용하기 위하여 복수기에서 탈기기로 보내는데 사용하는 펌프
·펌프가 고장날 경우 보일러 급수에 지장이 있고 운전에 중대한 장해를 줄 가능성이 있으므로 반드시 예비 펌프를 1대 설치한다. 펌프 대수는 대체 로 250MW급 이상이 되면 통상 50% 용량 3대로 하여, 정상 운전 중 2대의 펌프가 균등한 부하 분담으로 병렬 운전을 한다.
·중·소형 발전소는 펌프 용량이 작으므로 100% 용량 2대를 설치하여 1대 를 예비기로 한다.
· 복수는 펌프 그랜드 밀봉, 증기 온도 강하 등을 위해 복수 펌프 출구측에서 다음과 같은 곳에도 복수를 공급한다.
+-- 보조 냉각수 헤드 탱크 보충
+-- 복수 펌프 그랜드 밀봉
+-- 복수기와 연결된 각종 밸브의 그랜드 밀봉
+-- 터빈 배기실(Exhaust Hood)의 분사수
+-- 터빈 그랜드 밀봉 증기의 과열 저감기
+-- 주증기 드레인 라인의과열 저감기
3.2 펌프 구조
·복수 펌프는 원심형 다단 펌프이며, 수직으로 설치한다. 고진공 및 거의 포화 상태의 복수를 흡입하므로 증발이 일어나지않는 구조로 하여야한다.
·입형 펌프를 핫웰 수면보다 낮게 설치하여 핫웰 수면과 펌프 흡입 중심과 수두차를 확보한다. 동시에 흡입 배관은 유속을 1m/s 이내로 느리게 하 여 유동 저항을 적게 한다.
제 4 장 급수 가열기
4.1 개 요
·급수 가열기에는 저압 급수 가열기(Low Pressure Heater, LP HTR)와 고압 급수 가열기(High Pressure Heater, HP HTR)가 있다. 급수 펌프 이전에 있는 가열기를 저압급수 가열기라 부르며, 저압 터빈애의 팽창 과정중 일 부 뽑아낸 증기로 가열한다.
·고압 급수 가열기는 급수 펌프 이후의 가열기를 말하며, 고압 및 중압 터 빈의 추출증기로 가열한다.
·터빈에서 이미 부분적으로 일을 한 증기를 추출하여 급수를 가열하므로써 터빈 배기량을 감소시켜 복수기를 작게 설계할 수 있고, 또 냉각수에 의 해 빼앗기는 열량 손실을 감소시키므로 발전소 효율이 향상된다.
·급수 가열기 군(群)은 발전소에 있어서 중요한 부분이며, 그 구조 또는 배열이 발전소 전체의 효율에 큰 영향을 미친다.
·최근의 발전소에서는 #1 또는 #1 과 #2 저압 급수 가열기를 복수기 상부 에 설치하는 경우가 많다.
장점 +-- 터빈 본체에 가깝기 때문에 추기관이 짧아져 배관 건실비 절약
+-- 배관 압력 손실 감소
+-- 설치 면적 절약
+-- #1 및 #2 추기 압력은 대기압보다 낮고 추기관이 복수기 내에서 터빈과 연결되므로 누설 부위가 생기더라도 공기가 누입될 우려 가 없다.
단점 +-- 터빈 배기 흐름에 저항
+-- 내부 점검 곤란
+-- 추기관이 복수기 내에서 저압 터빈과 직결되므로 추기 밸브가 없다.
·드레인 양이 급속히 증가할 경우 드레인 수위 상승으로 저압 터빈이 위험 하므로 운전에 유의하여야 한다.
4.2 구 조
·급수 가열기 구조는 수실, 관판, 동체, U튜브로 구성 되며, 튜브 내로 급수가 흐르고 튜브 외측(Shell Side)으로 증기가 흐르 면서 전열면을 통해 열교환이 이루어진다.
·수실 내부는 급수의 입·출구를 구분하는 판이 설치되어 있고, 튜브 정비 를 위해 수실에는 맨홀(Manhole)이 설치되어 있으며, 증기 통로에는 관을 지지하고 있는 관 지지판이 설치되어 있다.
·동체 내부는 열교환 기능에 따라 과열 저감부,응축부, 드레인 냉각부로 구분되어 있다. 터빈에서 추기된 과열 증기는 먼저 급수의 출구부에 위 치하고 있는 과열 저감부로 들어간다. 여기서 증기는 그 압력에 상당하 는 포화 온도가지 강하하면서 급수를 가열한 후 다시 응축부로 들어간다. 응축부에서는 증기가 지니고 있는 잠열(Latent Heat)을 급수에 주고 응축 하여 드레인이 된다.
·응축된 드레인은 하부의 드레인 냉각부로 들어가 입구부의 급수를 가열하 면서 포화온도 이하로 떨어져 배출된다.
? 과열 저감부 : 급수의 출구부에 위치하고 있으며, 추 기의 과열도에 상당하는 감열(Sensible Heat)로 급수를 가열시키는 구역 이다. 즉 과열 증기 온도에서 포화 증기 온도까지 강화되면서 급수를 가열시킨다.
? 응축부 : 포화 증기가 지니고 있는 잠열로 급수를 가열하는 곳이며, 급 수 온도는 대부분 이 곳에서 상승된다. 즉 급수 가열기의 가열 면적 가 운데 가장 큰 부분을 차지한다.
? 드레인 냉각부 : 응축된 드레인 고온의 포화수로서 드레인 감열을 이용 하여 급수를 가열시키는 곳이며, 급수의 입구 측에 위치하고 있다.
제 5장 탈 기 기
5.1 개 요
·계통을 순환하는 급수중의 산소와 탄산 가스 등의 불응축성 가스는 설비 의 부식 원인이 된다. 탈기기는 급수중에 포함되어 있는 가스를 분리하 고, 급수의 가열 및 저장을 하는 장치
·용존 산소의 금속에 대한 부식성은 탄산 가스의 약 10배 정도되며, 고온 고압에 있어서 상온시의 약 200배 이상에 달하기 때문에 급수에 함유되어 있는 산소 농도를 최대한 감소시킬 필요가 있다.
·탈기기는 급수 펌프에 필요한 유효 흡입 수두를 충분히 확보하기 위해 일 반적으로 지상 약 20∼30m 정도의 높은 곳에 설치한다.
·급수 저장 탱크(Feed Water Storage Tank)는 탈기기에서 탈기된 급수를 저자하며, 급수량 변동시에도 급수 펌프를 안전하게 운전할 수 있도록 보 일러 정격 용량의 3∼5분 정도 사용할 수 있는 용량을 갖고 있다.
5.2 구 조
·탈기기는 상부 탈기 가열실과 하부의 저장 탱크로 분리되어 있고, 탈기 및 가열된 복수는 강수관을 통해 저장 탱크에 저장된다.
·탈기기 형식에는 스프레이 및 트레이형(Spray & Tray Type), 스프레이형, 트레이형 등 여러 가지가 있으며, 대용량 발전소에서는 스프레이 및 트레이형을 많이 사용한다.
제 6 장 급수 펌프
6.1 개 요
·급수 펌프(Boiler Feed Water Pump, BFP)는 탈기기에서 탈기된 급수를 가 압하여 고압 급수 가열기와 절탄기를 거쳐 보일러에 공급하는 펌프로서, 보일러가 운전중일 때는 언제나 급수를 공급하여야 한다. 따라서 급수 펌프는 화력 발전소에 있어서 대단히 중요한 기기의 하나로 신뢰도가 커 야 하므로 다음과 같은 조건이 필요하다.
+-- 고온, 고압에 견딜수 있는 구조 및 재료일 것
+-- 유량이 급격히 변화되어도 공동현상이 발생되지 않을 것
+-- 취급 및 운전이 용이할 것
+-- 상용 운전 범위내에서 성능이 안정할 것
+-- 효율이 높고 장기간 사용해도 효율 저하가 적을 것
·펌프 형식은 모든 발전소가 원심형 다단 펌프이며, 대 수는 대용량 발전소인 경우 50% 용량 3대를 설치하고, 1대는 예비기이다.
·이 예비기는 운전중인 펌프가 정지할 경우 자동 기동되도록 되어 있다.
·터빈 구동형 급수 펌프(BFP-T)를 채용할 때는 2대의 터빈 구동형과 1대의 전동기 구동형 급수 펌프(BFP-M)가 설치되어 정상 운전중에 2대의 BFP-T 가 100% 부하를 담당한다.
제 7 장 순환수 계통
7.1 개 요
·순환수 계통은 복수기에서 터빈 배기를 냉각시킨 순환수를 회수하지 않고 방류시키는 개방 사이클과 냉각탑을 설치하여 냉각시켜 재사용하는 밀폐 사이클이 있다. 화력 발전소는 전부 개방 사이클로 되어 있으나, 도시 근교에 위치하여 냉각수가 부족한 열병 합 발전소는 대부분 밀폐 사이클을 채용하고 있다.
·순환수는 대부분 터빈 배기의 응축과 보조 냉각수 냉각을 위해 복수기와 열교환기(Heat Exchanger)에 주로 공급된다.
·이 계통을 구성하는 주요 설비로는 트래쉬 랙(Trash Rack), 트래블링 스 크린(Travelling Screen)과 스크린 세척 펌프(Screen Washing Pump), 순 환수 펌프, 데브리 필터(Debris Filter), 복수기 튜브 세정 장치 및 염소 주입 설비 등으로 수성되어 있다.
7.2 수 로
화력 발전소에는 복수기 냉각수를 끌어 들이는 취수로와 그것을 배출하는 방수로가 있으며, 수로 형식에는 펌프 압송식, 도수로식, 2단식이 있다.
⑴ 펌프 압송식
·순환수 펌프가 해변에 설치되어 있다.
·순환수 펌프에서 펌핑된 해수는 지하 도수관을 통해 복수기에 공급.
⑵ 도수로식
·해수를 바다로부터 개구 도수로를 통해 취수조까지 끌어 들인다.
·취수조에 설치된 순환수 펌프로 펌핑된 해수는 주철관 또는 강관을 통 해 복수기에 공급.
⑶ 2단식
·해수를 해안 취수구에서 도수로에 양수하기 위한 해수 양수 펌프(Sea Water Lift-up Pump, SLP)가 설치된다.
·간만의 차가 심한 서해안 지역 발전소에 설치한다.
·펌프 용량은 순환수 펌프 용량과 같거나 약간 큰 용량을 가진다.
7.3 오물 제거 장치
⑴ 개요
·냉각수 중에 쓰레기, 오물, 나무 조가, 조개 등의 각종 이물질을 제거하 기 위해 취수구에 스크린을 설치한다.
·스크린에는 격자형(格子形)인 고정식 트래쉬 랙(Trash Rack 혹은 Bar Screen)과 금망(禁網)으로 된 회전형 스크린이 있다. 먼저 트레쉬 랙에 서 큰 이물질의 유입을 막은 후 회전형 스크린에서 작은 이물질을 제거.
⑵ 트래쉬 랙(Trash Rack)
·순환수 펌프 취수조 전방에 설치되어 해수속의 큰 부유물과 오물을 1차로 걸러내기 위한 설비로서 구조는 일정한 간격을 두고 설치된 평강(Flat Bar)으로 되어 있다.
·바에 걸린 오물은 갈퀴(Rake)를 이용해 지상으로 끌어 올린다.
⑶ 회전형 스크린
·트래쉬 랙을 거친 해수속의 작은 오물을 2차로 제거하는 회전형의 금망 (金網)스크린이며 구조는 트래블링(Travelling)형과 드럼(Drum)형 스크린 이 있다. 스크린 그망에 걸린 오물은 위로 운반되어 금망의 뒤편에 설치 된 다수의 노즐에서 분사되는 물에 의해 세척되어 떨어진다.
·세척에 필요한 물은 세척 펌프(Screen Washing Pump)에 의해 공급된다.
⑷ 스크린 세척 펌프
회전 스크린에 걸린 오물을 제거하기 위해 세척수를 공급하는 펌프이며, 취수구에 설치되어 있다. 정상 운전중 펌프는 스크린 저후의 수위차와 연동되어 기동 및 정지되며, 수동운전도 가능하다.
7.4 순환수 펌프
순환수 펌프의 임펠러는 편흡입(片吸入) 단단(單段)으로 보호판(Shroud)이 없는 이른바 개방형이다. 펌프 대수는 50% x 2대 또는 25% x 4대로 구성되며 예비기는 없다. 이것은 펌프 고장이 대단히 적다는 것과 만일 고장이 생겨도 발전소 운전에 중대한 장애를 주는 일이 거의 없기 때문이다.
7.5 프라이밍 펌프(Priming Pump)
순환수 계통은 냉각수의 순환력을 증대시켜 순환수 펌프 소비 동력을 절감할 수 있도록 사이펀(Syphon)이 형성되어 있다. 그러나 운전중 수실에 유입된 냉각수 온도 및 압력 변화로 수실내에 공기를 발생시켜 복수기 성능을 저하시키고 순환수 계통의 사이펀 형성을 방해하므로 이를 제거하기 위해 프라이밍 펌프가 설치된다.
7.6 해수 냉각수 펌프
유니트 정지 후에도 각종 기기들의 냉각을 위하여 보조 냉각수계통은 정지할 수 없다. 따라서, 열교환기(Heat Exchange)로 해수 공급하기 위해 순환수 펌프를 계속 운전하는 경우 동력 소비가 커지게 된다. 이를 절감하기 위해 용량이 작은 해수 냉각수 펌프(Sea Water Cooling Water Pump)가 취수구에 설치되어 있다.
7.7 데브리 필터(Debris Filter, 찌꺼기 여과 장치)
⑴ 개요
·테브리 필터는 복수기 냉각수(해수)와 함께 유입되는 이물질과 조개 등으 로 복수기 튜브가 폐쇄되어 발생되는 빈번한 출력 감발, 발전 정지 및 조 개 부착과 서식으로 인한 복수기 튜브 손상과 진공 저하를 막기 위해 찌 꺼기를 여과하는 장치
·데브리 필터는 복수기 입구측 순환수 관마다 1개씩 설치되어 있다.
⑵ 구조
·데브리 필터는 최근 신규 발전소에서 도입하고 있는 역류형과 현재 많이 사용되고 있는 와류형이 있다.
·필터는 스테인리스 스틸 판을 말아서 제작하며, 직경 4∼10mm의 많은 구 멍이 뚫어져 있고, 입구 및 이물 배출 밸브의 형식은 버터 플라이 밸브로 되어 있다.
·필터 전후의 차압을 측정할 수 있는 차압계가 설치되어 필터에 붙은 오물 의 부착 정도에 따라 자동 또는 수동으로 운전할 수 있다.
'자격증' 카테고리의 다른 글
| [스크랩] 전기기능사 실기작업 순서 및 설명 (0) | 2018.11.20 |
|---|---|
| [스크랩] 보일러 기초지식 (0) | 2014.02.24 |
| [스크랩] 제 2 편 보일러 시공, 취급 및 안전관리 (Boiler 施工, 取扱 및 安全管理) (0) | 2014.02.24 |
| [스크랩] 제 2 편 보일러 시공, 취급 및 안전관리 (Boiler 施工, 取扱 및 安全管理) (0) | 2014.02.24 |
| [스크랩] 제 2 편 보일러 시공, 취급 및 안전관리 (Boiler 施工, 取扱 및 安全管理) (0) | 2014.02.24 |