KR100707061B1

KR100707061B1 - 오산화바나듐으로 오염된 금속 표면의 세정방법

Info

Publication number: KR100707061B1
Application number: KR1020050103499A
Authority: KR
Inventors: 민병연; 최미화; 양석란; 이승민; 임한귀
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2007-04-13

Abstract

본 발명은 오산화바나듐(V₂O₅)으로 오염된 금속 표면의 세정방법에 관한 것으로서, MgO 또는 Mg(OH)₂ 50 내지 70중량%, 계면활성제 10 내지 20중량% 및 용매 20 내지 30중량%을 포함하는 액상 슬러리를 상기 금속 표면에 도포하는 단계와, 상기 액상 슬러리가 도포된 금속 표면을 700℃ 내지 1000℃ 가열하는 단계 및 블로워(blower)를 이용하여 상기 금속 표면의 침전물을 제거하는 단계를 포함하는 오산화바나듐으로 오염된 금속 표면의 세정방법을 제공한다.

Description

오산화바나듐으로 오염된 금속 표면의 세정방법{A method of cleaning metal surface contaminated by vanadium pentaoxide}

도 1 및 도 2는 금속 표면에 형성된 오산화바나듐층에 본 발명에 따른 액상 슬러리를 도포한 전과 후의 주사전자현미경(SEM) 사진으로, 각 도면의 사진 왼쪽은 100배 확대 사진이며, 오른쪽은 1000배 확대 사진이다.

본 발명은 오산화바나듐(V₂O₅)으로 오염된 금속 표면의 세정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 설비 금속의 표면에 생성되는 오산화바나듐층을 잘 깨어지게 조성을 변화시켜 제거하는 오산화바나듐으로 오염된 금속 표면의 세정방법에 관한 것이다.

화석연료를 연료로 연소하는 보일러에서 배출되는 가스 중에는 회(ash)또는 바나듐과 나트륨 그리고 미연탄소분을 함유하고 있거나 황산화물을 함유하고 있다. 바나듐은 보일러 노 내에서 고온 연소 시 나트륨 등과 결합하여 저융점의 화합물을 생성하고 열교환기 튜브 외면 등 설비의 금속 표면에 경질의 침전물(deposit)을 생 성한다. 이는 매우 견고하게 부착되고 산소와 여러 부식성 물질과 더불어 금속을 부식시키는 역할을 한다. 바나듐으로 코팅된 금속은 열교환이 제대로 되지 않을 뿐 아니라 배출가스 중의 각종 유해물질을 산화시켜 후단부에 부식을 가중시키며 금속을 부식시켜 많은 문제점을 일으킨다.

현재 이러한 열교환기의 고온 부식을 방지하기 위해 각종 첨가제나 연소 개선제를 주입하여 회의 발생량을 줄이고 있으나 기존의 운전 중인 보일러의 열교환기 튜브 금속의 표면에 생성되어 있는 오산화바나듐은 보일러의 정지 기간에 직접 수작업으로 정리하거나 운전 중 스팀 세정(soot blower)으로 제거하고 있으나 이의 제거가 용이하지 않아 많은 어려움이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 보일러의 열교환기 튜브나 설비 금속의 표면에 형성되는 오산화바나듐층의 제거 효율이 우수하며 경제성이 뛰어난 오산화바나듐으로 오염된 금속 표면의 세정방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 오산화바나듐으로 오염된 금속 표면의 세정방법에 있어서, MgO 또는 Mg(OH)₂ 50 내지 70중량%, 계면활성제 10 내지 20중량% 및 용매 20 내지 30중량%을 포함하는 액상 슬러리를 상기 금속 표면에 도포하는 단계와, 상기 액상 슬러리가 도포된 금속 표면을 700℃ 내지 1000℃로 가열 하는 단계 및 블로워(blower)를 이용하여 상기 금속 표면의 침전물을 제거하는 단계를 포함하는 오산화바나듐으로 오염된 금속 표면의 세정방법을 제공한다.

본 발명에 따른 세정방법은 바나듐이 함유된 화석 연료를 사용하는 열교환기 튜브(오산화바나듐의 침전물이 생성됨)나 설비 금속의 표면을 세정하기 위해 MgO 또는 Mg(OH)₂ 50 내지 70중량%, 계면활성제 10 내지 20중량% 및 용매 20 내지 30중량%을 포함하는 액상 슬러리를 금속 표면에 일정하게 도포하고 700℃ 내지 1000℃로 가열하여 견고한 오산화바나듐층을 잘 깨어지게 조성을 변화시켜 제거하는 방법이다.

기존의 스팀 세정이나 물세정은 그 제거 효과가 매우 낮고 작업 시간이 과다하게 소요되며 넓은 지역을 운용할 수 없어 제거 효율을 유지하기 가 쉽지 않을뿐더러, 정지 기간 중 많은 인력을 동원하여 제거해야 하는 실정이다.

본 발명에 따른 세정방법은 화학적 처리제인 산화마그네슘이나 수산화마그네슘을 이용한 오산화바나듐의 처리 방법으로 그 효율이 좋으며 가격이 저렴하여 경제성이 크다.

오산화바나듐은 저융점 화합물로 금속 표면에 경질스케일을 형성하면 산소와 결합하여 금속 모재의 부식 환경을 제공하여 철 구조물을 부식시키고 각종 유해물질을 산화시켜 설비나 주변 환경을 오염시킨다. 오산화바나듐은 경질 스케일이지만 융점이 낮아 보일러의 고온부(600℃ 이상)에서 용해 상태가 되어 산소를 운반하고 부식을 일으키는데 분산제인 계면활성제와 혼합된 고융점의 MgO 또는 Mg(OH)₂를 금속 표면에 일정하게 도포시키면 용해된 바나듐염의 내부로 침투하여 고융점의 새로운 화합물을 형성하게 된다. 이러한 화합물은 깨어짐성을 가져 물리적 충격을 조금만 가해도 쉽게 탈리될 수 있다.

산업용 보일러 관 외면에 부착된 오산화바나듐 침전물의 특징은 하기 표 1과 같다. 바나듐은 그 자신이 산화되거나 Na과 결합하여 화합물을 만드는데 융점이 600℃ 근처로 낮아 고온에서 금속 표면에 녹아 붙어 많은 문제를 일으킨다.

침전물 성분	함량(wt%)
V₂O₅	50-60%
Na₂O	10-15%
Fe₂O₃	5-10%
SO₃	10-15%
기타 산화물	나머지

침전물 조성(형태)	융점(녹는점, ℃)
V₂O₅	670
Na₂O·V₂O₅	605
2Na₂O·V2O5	650
Na₂O·V₂O₄·5V₂O₅	625

오산화바나듐으로 오염된 금속 표면에 도포되는 액상 슬러리는 MgO 또는 Mg(OH)₂ 50 내지 70중량%, 계면활성제 10 내지 20중량% 및 용매 20 내지 30중량%을 포함한다. MgO 또는 Mg(OH)₂은 바나듐염의 내부로 침투하여 고융점의 새로운 화합물을 형성하여 오산화바나듐층의 제거를 용이하게 한다.

계면활성제는 분산제로 작용하여 상기 액상 슬러리가 금속 표면에 잘 분산될 수 있게 한다. 상기 계면활성제로는 음이온 계면활성제가 사용될 수 있다. 상기 음이온 계면활성제로는 직쇄 알킬벤젠 술폰산염, 알킬 에테르 황산염, 알파-올레핀 술폰산염, 알칸 술폰산염, 알킬 술폰산염 등이 사용될 수 있으며, 예를 들면 소듐도데실벤젠 술포네이트, 칼슘 도데실벤젠 술포네이트, 소듐 데실 설페이트, 소듐 도데실 설페이트, 소듐 테트라데실 설페이트, 소듐 헥사데실 설페이트, 소듐 옥타데실 설페이트, 소듐 라우릴 설페이트, 소듐 미리스틸 설페이트, 소듐 스테아릴 설페이트 등이 있다.

상기 MgO 또는 Mg(OH)₂ 및 계면활성제는 오산화바나듐의 제거 효율 및 액상 슬러리의 분산성을 고려하여 상기 범위 내로 함유된다.

상기 액상 슬러리의 용매로는 물과 알코올의 혼합용매를 사용할 수 있다.

도 1 및 도 2는 금속 표면에 형성된 오산화바나듐층에 본 발명에 따른 액상 슬러리를 도포한 전과 후의 주사전자현미경(SEM) 사진이다. 슬리러 도포 전 오산화바나듐층은 아주 치밀하고 벌크한 구조를 보였으나 도포 후 치밀한 구조에서 깨어짐성을 갖게 되는 것을 확인할 수 있었다.

상기 액상 슬러리를 오산화바나듐으로 오염된 금속 표면에 도포한 후 700℃ 이상으로 가열하는 과정을 거치면 오산화바나듐층의 조성이 잘 깨어지는 조성으로 변화하여 상기 금속 표면의 오산화바나듐 침전물을 용이하게 제거할 수 있다. 오산화바나듐의 제거율 및 금속 표면의 부식도 측면에서 상기 가열 온도는 700℃ 이상인 것이 바람직하다.

비교예 1

오산화바나듐 제거용 수산화마그네슘 슬러리 조성은 하기와 같다.

조성	함량(wt%)
Mg(OH)2	60
계면활성제(파라-도데실벤젠술폰산칼슘)	15
용매(물:알코올=8:2)	25

슬러리의 도포 농도는 약 10mg/㎠이었고 시료(침전물)는 오산화바나듐이 55%인 염을 선택하였다. 실험용으로 사용된 금속재료는 13CrMo44(Mn: 0.4-0.7%, Cr: 0.07-1.00%, Mo: 0.4-0.5%, Fe: 나머지)이고, 슬러리 도포 후 650℃로 고온 열처리 하였다. 열처리 약 3시간 후 블로워(공기 60psi)로 표면을 처리하여 오산화바나듐의 제거율과 금속재료의 부식속도를 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

실시예 1 및 2

고온 열처리 온도를 달리하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하게 실시하였다.

	열처리 온도(℃)	조성 변화	오산화바나듐 제거율(%)	금속재료 부식 속도(MPY)
비교예 1	650	변화없음	거의 없음	2.55
실시예 1	700	부분적으로 오산화바나듐이 3Mg-V₂O₅로 변화	20	1.75
실시예 2	750	대부분 ㅇ오산화바나듐이 3Mg-V₂O₅	85	0.75

MPY = mils penetration per year

= 534W/DAT

여기서 W: 중량손실(g), D: 밀도(g/㎤), A: 면적(inch²), T: 시간(h)

상기 표 2에서 알 수 있듯이, 열처리 온도가 700℃ 이상인 실시예 1 및 2에서 오산화바나듐 제거율이 높게 나왔고, 금속재료의 부식도 낮았다.

상술한 바와 같이 본 발명은 금속 표면에 형성된 오산화바나듐층을 산화마그네슘 또는 수산화마그네슘, 계면활성제 및 용매를 포함하는 액상 슬러리로 도포하여 고온 열처리함으로써 오산화바나듐층이 깨어짐성을 갖도록 하여 탈리가 쉬워지며 물리적 처리에 의해 보다 용이하게 제거할 수 있다. 또한 본 발명은 화석연료(바나듐 함유)를 연소하는 보일러 내부의 열교환기 튜브의 건전성을 유지할 수 있으며 오산화바나듐에 의한 촉매작용을 제어할 수 있어 보일러의 배출 가스 중 유해물질의 산화도 방지할 수 있다.

본 발명에 대해 상기 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

오산화바나듐으로 오염된 금속 표면의 세정방법에 있어서,

MgO 또는 Mg(OH)₂ 50 내지 70중량%, 계면활성제 10 내지 20중량% 및 용매 20 내지 30중량%을 포함하는 액상 슬러리를 상기 금속 표면에 도포하는 단계와,

상기 액상 슬러리가 도포된 금속 표면을 700 내지 1000℃로 가열하는 단계 및

블로워를 이용하여 상기 금속 표면의 침전물을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오산화바나듐으로 오염된 금속 표면의 세정방법.
제 1 항에 있어서, 상기 계면활성제는 음이온 계면활성제임을 특징으로 하는 오산화바나듐으로 오염된 금속 표면의 세정방법.
제 2 항에 있어서, 상기 용매는 물과 알코올의 혼합 용매임을 특징으로 하는 오산화바나듐으로 오염된 금속 표면의 세정방법.