KR101735621B1 - 탈황장치의 가이드 베인 보호 구조물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발전설비 또는 소각설비의 연소로에서 발생한 유해가스 및 분진을 정화하기 위하여 가이드 베인을 구비한 탈황장치에 있어서, 가이드 베인이 황화가스, 염화가스 등에 의한 부식(corrosion)을 비롯해 석탄(coal) 입자 탄화물 등에 의해 발생하는 마모(erosion)에 대한 저항성을 갖도록 하기 위하여 적어도 가이드 베인의 선단 부분을 커버하여 보호하는 'U'자형 또는 'L'자형의 보호커버를 덧붙여 설치한 것이 특징인 탈황장치의 가이드 베인 보호 구조물에 관한 것이다.

Description

탈황장치의 가이드 베인 보호 구조물{PROTECTIVE STRUCTURES OF GUIDE VANE FOR SEMI-DRY REACTOR}
본 발명은 발전소의 보일러나 소각장의 소각로 등의 연소설비에 설치되는 탈황장치의 가이드 베인 보호 구조물에 관한 것으로, 특히 가이드 베인의 끝단에서 발생하는 마모 및 부식에 대한 저항성을 향상시킬 수 있는 탈황장치의 가이드 베인 보호 구조물에 관한 것이다.
일반적으로 스팀을 이용한 발전설비에서 고열의 스팀을 생성하기 위한 보일러는, 도 1에 도시된 바와 같이 열교환튜브(20)가 형성된 연소로(10), 폐열회수장치(30), 탈황장치(40), 집진기(50) 및 굴뚝(60)으로 구성된다.
상기 연소로(10)는 벙커씨유, 중유 등의 액체 연료나, 석탄, 우드칩, 폐비닐, 건축폐목, 쓰레기 등의 고체 연료 등을 연소시켜서 약 1000~1300℃의 고열을 발생하는 장치이며, 이 과정에서 열교환튜브(20)로 공급된 물은 열교환을 통해 고열, 고압의 스팀으로 전환된 후 가스터빈(도시하지 않음)으로 이송되어 터빈의 블레이드를 회전시킴으로써 전기를 생산하게 된다.
상기 폐열회수장치(30)는 열교환튜브(20)에서 열교환이 이루어진 후의 연소가스 중의 잔열을 회수하여 재활용하기 위한 장치이고, 집진기(50)는 연소가스 중의 재(ash)나 먼지 등의 이물질을 걸러내기 위한 장치이며, 굴뚝(60)은 탈황 처리 및 집진 처리된 후의 처리 가스를 대기로 방출하기 위한 것이다.
여기서 상기 탈황장치(40)는 연소가스 중에 포함된 황산이나 염소 가스 등의 유해 가스를 제거하기 위한 것으로, 예컨대 반건식세정기 또는 반건식반응기(SDR: Semi Dry Reactor)일 수 있다.
더 구체적으로, 탈황장치(40)는 내부에 설치된 팬에 의해 감압된 환경 하에서 슬러리(slurry) 상태의 알칼리성 탈황제를 고압으로 분사함으로써 상기 연소로(10)에서 연소 중에 발생하는 황화가스, 염화가스, 석탄(coal) 입자나 탄화물 입자 등의 분진을 흡착하여 포집한다.
이때 각종 유해가스나 분진이 탈황제에 흡착되는 효율을 높이기 위해서 도 2에 도시된 바와 같이 탈황장치(40) 내부에 나선 형태의 가이드 베인(41)이 설치되고, 상기 가이드 베인(41)은 제1가이드 베인(411) 및 제2가이드 베인(412)으로 구분될 수 있으며, 이는 유해가스나 분진이 탈황장치(40)를 경유하는 동안 선회류를 형성하게 하여 탈황제와의 균일한 혼합을 유도하므로 탈황효율을 향상시킬 수 있다.
그러나 황화가스나 염화가스 등의 유해가스에 의해 가이드 베인(41)의 라이나 등에 부식(corrosion)이 발생하고, 또한 석탄입자나 탄화물 입자 등의 분진에 의해 마모(erosion)가 발생하며, 그 결과 도 3에 도시된 바와 같이 가이드 베인(41)이 국부적으로 손상되는 문제점이 발생한다.
이에 따라 초기에는 하독스(HADOX; 경도값 HB500 수준) 라이나 등을 사용하였으나. 마모와 부식 등이 발생하여 약 8개월에 한번 씩 교체를 해야 하므로 유지 및 관리에 어려움이 있었다.
가이드 베인을 보호하기 위한 선행기술의 일 예로서 대한민국 등록특허 제 10-0816517호(특허문헌 1)에서는 상기 흡착제 유입라인과 연결하며 덕트의 상측과 하측에서 흡착제를 분사하는 다수의 흡착제 유입구와; 상기 흡착제 유입구의 좌측에 상부 가이드 베인과 하부 가이드 베인 및 측면 가이드 베인을 차례로 설치하여 흐름 방향과 수직인 속도성분을 만들어 회전의 중심축이 흐름 방향과 동일한 선회류를 발생시키도록 한 입자상 탈황제의 혼합장치가 제안된 바 있다.
그러나, 특허문헌 1은 가이드 베인에 누적되는 소석회를 방지하기 위한 기술로서, 가이드 베인의 부식이나 마모에 대한 방지책은 여전히 해결해야 하는 과제로 남아 있다.
1. 대한민국 등록특허 제 10-0816517호(2008.3.24 공고)
전술한 종래 기술이 내포한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 발전설비 또는 소각설비의 연소로에서 발생한 유해가스 및 분진을 정화하기 위하여 가이드 베인을 구비한 탈황장치에 있어서, 내부온도가 약 200 ~ 300℃ 의 구간에서 가이드 베인이 황화가스, 염화가스 등에 의한 부식(corrosion)을 비롯해 석탄(coal) 입자 탄화물 등에 의해 발생하는 마모(erosion)에 대한 저항성을 갖도록 하는 탈황장치의 가이드 베인 보호 구조물을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 발전설비 또는 소각설비의 연소로에서 발생한 유해가스 및 분진을 정화하기 위하여 마련된 탈황장치의 가이드 베인 보호 구조물로서, 상기 가이드 베인이 내식성 및 내마모성을 갖도록 하기 위해 적어도 가이드 베인의 선단 부분을 커버하여 보호하는 보호커버를 덧붙여 설치한 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 보호커버는 적어도 상기 가이드 베인의 선단을 커버하도록 'U'자형 또는 'L'자형으로 이루어질 수 있고, 또한 상기 보호커버와 가이드 베인의 접착면은 열간 몰탈을 매개로 부착되고, 보호커버의 가장자리는 가이드 베인에 스폿 용접을 매개로 고정될 수 있다.
바람직한 실시 예로서, 상기 보호커버는 BiCC-60 합금으로서, 철(Fe)과 함께 크롬(Cr) 10 ~ 30중량%, 탄소(C) 1 ~ 3.5중량%, 몰리브덴(Mo) 0.1 ~ 5중량%, 니켈(Ni) 0.1 ~ 5중량%, 텅스텐(W) 0.1 ~ 3중량%, 바나듐(V) 0.1 ~ 3중량%인 합금을 주조 및 단조로 제조된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 가이드 베인(1차 가이드 베인 및 2차 가이드 베인)의 선단부에 BiCC-60 소재의 'U' 또는 'L'자형 보호 커버를 설치하여 주마모가 발생하는 초기 지점에 대한 내마모성을 향상시킬 수 있다.
또한, 분체의 흐름에 따라 표면에 알루미나계 또는 실리콘 카바이드계 재질의 코팅제로 내마모 코팅층을 형성함으로써 Z기류 등 난기류에 의한 이상마모를 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
물론, 상기의 알루미나계 또는 실리콘 카바이드계 재질의 코팅제를 보호커버뿐 아니라 탈황장치의 바닥이나 벽체에도 코팅을 실시할 수 있으며, 이 경우 더욱 효과적으로 탈황장치의 내부식성과 내마모성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 스팀을 이용한 발전설비의 보일러 개략적인 구성도이다.
도 2는 일반적인 탈황장치의 가이드 베인의 개략적인 평면도이다.
도 3은 일반적인 탈황장치의 가이드 베인의 파손 상태의 일 예를 보인 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 탈황장치의 가이드 베인 보호 구조물의 적용 단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부의 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 첨부된 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 실시예이므로 본 발명을 한정하는 것으로 의도되지 않으며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 기술이거나 용이하게 도출되는 정도의 기술에 대해서는 그에 관한 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 탈황장치의 가이드 베인 보호 구조물의 적용 단면도이다.
발전설비 또는 소각설비의 연소로에서 발생한 유해가스(황화가스, 염화가스 등) 및 분진(석탄 입자, 탄화물 등)을 정화하기 위하여 가이드 베인이 구비된 탈황장치가 마련되는데, 이때 탈황장치에 설치된 가이드 베인의 선단이 가장 먼저 마모되거나 부식된다(도 3의 우측사진 참조).
따라서 가이드 베인의 선단의 마모와 부식을 방지하기 위해 본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이 적어도 가이드 베인(41)의 선단 부분을 커버하여 보호하는 보호커버(42)를 덧붙여 설치한 것을 특징으로 한다.
상기 보호커버(42)는 적어도 상기 가이드 베인(41)의 선단을 커버할 수 있도록 하기 위해 단면이 'U'자형(좌측 그림) 또는 'L'자형(우측 그림)으로 이루어질 수 있으나, 본 발명은 적어도 가이드 베인(41)의 선단을 커버할 수 있도록 한 것이면 그 단면 형상이나 형태에 제한이나 한정을 두지 않는다.
상기 보호커버(42)를 가이드 베인(41)에 견고하게 고정하기 위해, 보호커버(42)의 접착면에 열간 몰탈을 도포하여 가이드 베인(41)에 부착하고, 또한 보호커버(42)의 가장자리에 스폿 용접을 실시하여 가이드 베인(41)에 고정할 수 있으며, 이 경우 열간 조건에서도 사용할 수 있다.
상기 보호커버(42)는 BiCC-60(성진에스이(주) 상표명)의 특수강으로 제조하며, 그 물성은 철(Fe)과 함께 크롬(Cr) 10 ~ 30중량%, 탄소(C) 1 ~ 3.5중량%, 몰리브덴(Mo) 0.1 ~ 5중량%, 니켈(Ni) 0.1 ~ 5중량%, 텅스텐(W) 0.1 ~ 3중량%, 바나듐(V) 0.1 ~ 3중량%에서 적의 선택될 수 있고, 상기 철(Fe)의 조성비는 상기 열거된 원소에 대하여 51 ~ 88중량%가 포함될 수 있으며, 이러한 합금을 이용하여 주조 또는 단조 공정으로 제조할 수 있다.
위의 물성 원소 중 탄소(C)는 크롬(Cr), 텅스텐(W), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo) 등과 탄화물을 형성하는 원료로써 1% 이하일 경우 안정화된 탄화물 구성이 미흡함에 따라 내마모성의 기대를 얻을 수 없고, 3.5% 이상일 경우 보호커버 제조시 함께 첨가된 탄화물 원소들과 반응하여 조대한 탄화물 또는 침상형 탄화물이 형성되므로 바람직하지 않다.
상기 크롬(Cr)은 이들 탄화물 등의 원소중 하나의 원소로써 Cr7C3 탄화물을 형성하며, 10% 이하일 경우 탈황장치에서 발생된 마모(erosion) 주원인이 되는 석탄(coal), 탄화물 등에 의해 가이드 베인 tip이 주로 마모가 발생하고, 30% 이상일 경우 효과가 오히려 감소되는 경향을 보이므로 바람직하지 않다.
상기 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni)은 탈황장치에서 생성되는 유해원소들과의 내부식성을 얻을 수 있는 유효한 원소로서, 0.1% 이하일 경우 내부식성의 효과가 없고 5% 이상의 경우 고가의 원소이므로 비경제적이므로 바람직하지 않다.
상기 바나듐(V) 및 텅스텐(W)은 상기 크롬(Cr)과 더불어 탄화물 형성원료로 사용되고, 0.1% 이하일 경우 내부식성의 효과가 없고 5% 이상의 경우 고가의 원소이므로 비경제적이다.
한편, 상기 보호커버(42)의 내마모성 및 내부식성 향상을 위하여 그 표면에 비금속산화물 코팅층이 더 형성될 수 있다.
상기 보호커버(42)의 표면에 코팅된 비금속산화물 코팅층은, 모스 경도가 9 이상으로 단단하고 열팽창에 의한 균열이 작으며 열전도도가 우수한 실리콘카바이드 10 ~ 90중량%와, 알루미나, 실리카, 알카리로 이루어진 군에서 선택된 1종 10 ~ 90중량%의 비금속산화물을 포함하고, 여기서 상기 비금속산화물 100중량부에 대해 바인더가 2 ~ 10중량부가 혼합된 것일 수 있으며, 상기 바인더는 무기질 또는 유기질 바인더 또는 유기질과 무기질이 혼합된 바인더일 수 있으며, 바인더 소재나 종류에는 제한이 없으나 내열성을 갖는 것을 선택하는 것이 좋다.
물론, 이와 같은 특성을 가진 비금속산화물 코팅층은 보호커버(42)의 표면뿐 아니라 탈황장치의 바닥면이나 벽면, 그리고 가이드 베인(41)의 전체 표면에 형성하는 것도 가능하며, 이 경우 탈황장치 내부 전체의 내식성 및 내마모성을 향상시킬 수 있다.
이상의 설명은 비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구범위에 속함은 자명하다.
10: 연소로
20: 열교환튜브
30: 폐열회수장치
40: 탈황장치(semi dry reactor)
41: 가이드 베인(guide vane)
411: 제1가이드 베인
412: 제2가이드 베인
42: 보호커버
50: 집진기
60: 굴뚝

Claims (6)

  1. 발전설비 또는 소각설비의 연소로에서 발생한 유해가스 및 분진을 정화하기 위하여 마련된 탈황장치의 가이드 베인 보호 구조물로서,
    상기 가이드 베인이 내식성 및 내마모성을 갖도록 하기 위해 가이드 베인의 선단 부분을 커버하여 보호하는 보호커버를 덧붙여 설치하며,
    상기 보호커버는 상기 가이드 베인의 선단을 커버하도록 'U'자형 또는 'L'자형으로 이루어지며,
    상기 보호커버와 가이드 베인의 접착면은 열간 몰탈을 매개로 부착되고, 보호커버의 가장자리는 가이드 베인에 스폿 용접을 매개로 고정되며,
    상기 보호커버는, 철(Fe)을 포함하고, 상기 철 외에 크롬(Cr) 10 ~ 30중량%, 탄소(C) 1 ~ 3.5중량%, 몰리브덴(Mo) 0.1 ~ 5중량%, 니켈(Ni) 0.1 ~ 5중량%, 텅스텐(W) 0.1 ~ 3중량%, 바나듐(V) 0.1 ~ 3중량%이 포함된 합금을 주조 또는 단조로 제조한 것이며,
    상기 보호커버의 표면에 비금속산화물 코팅층이 더 형성되며,
    상기 비금속산화물 코팅층은, 실리콘카바이드 10 ~ 90중량%와, 실리카 10 ~ 90중량%의 비금속산화물을 포함하고, 상기 비금속산화물 100중량부에 대해 바인더가 2 ~ 10중량부가 혼합된 것을 특징으로 하는 탈황장치의 가이드 베인 보호 구조물.
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