KR102015261B1

KR102015261B1 - 발전 보일러용 일과식 화학 세정 시스템 및 이를 이용한 발전 보일러용 일과식 화학 세정 방법

Info

Publication number: KR102015261B1
Application number: KR1020180000489A
Authority: KR
Inventors: 정년호; 이승민
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2018-01-03
Filing date: 2018-01-03
Publication date: 2019-10-21
Also published as: KR20190083032A; WO2019135454A1

Abstract

본 발명은 순환펌프, 재열기, 블로우 밸브, 주증기관, 과열기, 수관벽, 체크 밸브 및 이들을 연결하기 위한 가설배관을 포함하고, 순환펌프 → 가설배관 → 재열기 → 가설배관 → 블로우 밸브 → 가설배관 → 주증기관 → 과열기 → 수관벽 → 체크 밸브 → 가설배관 →순환펌프의 순서로 연결된 제1유로를 포함하는 발전 보일러용 일과식 화학 세정 시스템이고, 스케일 제거용 화학 세정액을 상기의 유로의 역순으로 순환시켜 스케일을 용해하는 역순환을 수행한 다음, 수관벽 내 수관의 약품은 배출하지 않고 그대로 보존한 상태에서 스케일 제거용 화학 세정액을 순환펌프 → 가설배관 → 재열기 → 가설배관 → 블로우밸브 → 가설배관 → 주증기관 → 과열기 → 세퍼레이터 → 플래시 탱크 → 가설배관 → 순환펌프의 순서로 연결된 제2유로에 화학 세정액을 정순환시켜 스케일을 용해 및 제거하는 것을 포함하는 발전 보일러용 일과식 화학 세정 시스템에 관한 것이다.

Description

발전 보일러용 일과식 화학 세정 시스템 및 이를 이용한 발전 보일러용 일과식 화학 세정 방법{ONE PATH CHEMICAL CLEANING SYSTEM AND ONE PATH CHEMICAL CLEANING METHOD FOR POWER PLANT}

본 발명은 발전 보일러용 일과식 화학 세정 시스템 및 이를 이용한 발전 보일러용 일과식 화학 세정 방법에 관한 것이다.

발전용 보일러는 순수를 사용하여 고온 및 고압의 증기를 생산하고 이를 터빈에서 운동에너지로 전환하여 전력을 생산하게 된다. 이러한 시스템에서는 필연적으로 튜브 모재인 금속 재료가 부식되어 산화물에 생성되며, 이는 시간이 경과할 수록 열전달을 방해하거나 탈리되고 축적되어 튜브를 손상시켜 전력설비에 막대한 손실을 일으킨다.

기존의 스케일 제거 방법인 화학세정은 수계통과 과열기 증기관, 재열기 증기관의 튜브내면 스케일을 각각 제거하는 기술을 사용하였으며 이는 화학세정비용과 세정시간 면에서 매우 불리하다. 이에 따라, 국내 산업용 및 발전 보일러의 운전시간이 길어짐에 따라 수계통 뿐만 아니라 증기계통의 내면스케일을 동시에 해소할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.

기존 발전용 보일러의 과열기와 재열기의 화학세정 공정은 ① 튜브내면에 부착한 스케일을 약품으로 용해하는 약품세정 공정과 ② 약품세정 시 용해되지 않고 탈리되어 굴곡된 튜브 내면에 쌓인 입자상 스케일을 대기로 배출하는 에어 블로잉공정의 2 단계로 이루어진다.

이러한 종래의 기술은 수평형 그리고 수직형 증기계통 보일러의 화학세정방법에 대한 것이며, 고온산화물이 주로 부착되어 있는 스케일을 단기간에 효과적으로 제거할 수 없다. 표준형 보일러의 증기계통은 동일한 재질의 모재를 사용함으로써 생성되는 스케일의 특성도 유사하므로 이를 효과적으로 제어할 수 있는 화학세정제 및 세정공정이 필요하다.

그러나 화학세정을 시행하기 위해서는 발전을 정지하고 시행하여야하므로 시간단축이 절대적으로 필요하며, 현장에서 효과적으로 시행하여야 한다. 또한 스케일의 발생이 보일러 운전시간이 증가함에 증가하므로, 20~30년 동안 운전하고 있는 국내 500MW급 발전보일러 중 표준형(보일러 튜브 재질, 구성이 동일)이 수계통 및 증기계통에 대한 스케일발생이 과도하게 부착되는 시기이므로 기존의 화학세정기술을 효과적으로 적용시켜 정지 시간을 단축하는 것이 산업계에 적용할 수 있는 전제조건이 된다.

종래의 기술은 각계통의 특성에 상관없이 단계별 공정을 적용하여 시간과 비용의 소모가 많다. 일반적으로 대용량 보일러의 화학세정기술은 세정제의 농도가 높고 유기물 등이 추가되므로 운전중에는 사용이 불가하다. 그러므로 세정이 필요시 부득이하게 전력생산을 멈추고 공정을 수행해야 한다. 보일러의 특성에 따라 공정과 용매의 적절한 선택없이 단계적으로 시행하면 소요시간이 과다하여 실행력이 떨어지고 비용절감 효과가 상쇄된다.

따라서, 500MW급 대용량 발전용 화력 보일러의 재열기 및 과열기 튜브 내면에 부착한 스케일을 효과적으로 제거할 수 있으면서도 화학 세정제를 이용하여 전구간을 일과식으로 세정할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높아지고 있다.

본 발명의 하나의 목적은 500MW급 대용량 발전용 화력 보일러의 재열기 및 과열기 튜브 내면에 부착한 스케일을 효과적으로 제거하는 동시에 시간을 단축할 수 있는 발전 보일러용 일과식 화학 세정 시스템 및 발전 보일러용 일과식 화학 세정 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 스케일의 종류에 관계없이 세정효율을 높일 수 있는 공정을 적용함으로써 세정시간의 절약과 각종 비용의 절감할 수 있는 발전 보일러용 일과식 화학 세정 시스템 및 발전 보일러용 일과식 화학 세정 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 구현예는 순환펌프, 재열기, 블로우 밸브, 주증기관, 과열기, 수관벽, 체크 밸브 및 이들을 연결하기 위한 가설배관을 포함하고, 순환펌프 → 가설배관 → 재열기 → 가설배관 → 블로우 밸브 → 가설배관 → 주증기관 → 과열기 → 수관벽 → 체크 밸브 → 가설배관 →순환펌프의 순서로 연결된 제1유로를 포함하는 발전 보일러용 일과식 화학 세정 시스템이고, 스케일 제거용 화학 세정액을 상기의 유로의 역순으로 순환시켜 스케일을 용해하는 역순환을 수행하고, 수관벽 내 수관의 약품은 배출하지 않고 그대로 보존한 상태에서 스케일 제거용 화학 세정액을 순환펌프 → 가설배관 → 재열기 → 가설배관 → 블로우밸브 → 가설배관 → 주증기관 → 과열기 → 세퍼레이터 → 플래시 탱크 → 가설배관 → 순환펌프의 순서로 연결된 제2유로에 화학 세정액을 정순환시켜 스케일을 용해 및 제거하는 것을 포함하는 발전 보일러용 일과식 화학 세정 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 다른 구현예는 전술한 발전 보일러용 일과식 화학 세정 시스템을 이용한 발전 보일러용 일과식 화학 세정 방법에 관한 것이다.

본 발명은 500MW급 대용량 발전용 화력 보일러의 재열기 및 과열기 튜브 내면에 부착한 스케일을 효과적으로 제거하는 동시에 시간을 단축할 수 있고, 스케일의 종류에 관계없이 세정효율을 높일 수 있는 공정을 적용함으로써 세정시간의 절약과 각종 비용의 절감할 수 있는 발전 보일러용 일과식 화학 세정 시스템 및 발전 보일러용 일과식 화학 세정 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명 일 실시예의 발전 보일러용 일과식 화학 세정 시스템의 모식도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명 일 실시예의 발전 보일러용 일과식 화학 세정 시스템의 유로를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명 일 실시예의 발전 보일러용 일과식 화학 세정 방법을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명 실시예 1의 시스템을 이용한 속도분포 유체 해석 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명 실시예 1의 시스템을 이용한 유량 분배 유체 해석 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명 실시예 2의 시스템을 이용한 속도분포 유체 해석 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명 실시예 2의 시스템을 이용한 유량 분배 유체 해석 결과를 나타낸 것이다.

본 발명의 일 구현예는 순환펌프, 재열기, 블로우 밸브, 주증기관, 과열기, 수관벽, 체크 밸브 및 이들을 연결하기 위한 가설배관을 포함하고, 순환펌프 → 가설배관 → 재열기 → 가설배관 → 블로우 밸브 → 가설배관 → 주증기관 → 과열기 → 수관벽 → 체크 밸브 → 가설배관 →순환펌프의 순서로 연결된 제1유로를 포함하는 발전 보일러용 일과식 화학 세정 시스템이고, 스케일 제거용 화학 세정액을 상기의 유로의 역순으로 순환시켜 스케일을 용해하는 역순환을 수행한 다음, 수관벽 내 수관의 약품은 배출하지 않고 그대로 보존한 상태에서 스케일 제거용 화학 세정액을 순환펌프 → 가설배관 → 재열기 → 가설배관 → 블로우밸브 → 가설배관 → 주증기관 → 과열기 → 세퍼레이터 → 플래시 탱크 → 가설배관 → 순환펌프의 순서로 연결된 제2유로에 화학 세정액을 정순환시켜 스케일을 용해 및 제거하는 것을 포함하는 발전 보일러용 일과식 화학 세정 시스템에 관한 것이다.

이를 통해, 본 발명은 500MW급 대용량 발전용 화력 보일러의 재열기 및 과열기 튜브 내면에 부착한 스케일을 효과적으로 제거하는 동시에 시간을 단축할 수 있고, 스케일의 종류에 관계없이 세정효율을 높일 수 있는 공정을 적용함으로써 세정시간의 절약과 각종 비용의 절감할 수 있는 발전 보일러용 일과식 화학 세정 시스템 및 발전 보일러용 일과식 화학 세정 방법을 제공한다.

구체적으로, 본 발명에서는 표준형 대용량발전소 보일러의 일과식(1path) 순환방식과 루프를 구성한다. 적절한 펌프용량과 순환구성으로 증기관 내면 산화스케일을 충분히 제거할 수 있다. 또한 전체 일과식 순환을 효과적으로 확보하기 위하여 진공펌프를 활용하여 루프구성을 한다. 순환펌프를 기동하여 루프구성에 따라 물을 채운다. 동시에 진공펌프를 가동하여 보일러 증기관내부의 공기를 제거하여 진공을 형성한다.

상기 발전 보일러용 일과식 화학 세정 시스템은 정순환 및 역순환이 반복되는 것을 더 포함할 수 있다. 이러한 경우 스케일의 종류에 관계 없이 세정효율을 높일 수 있고, 세정 시간과 절약과 각종 비용을 더욱 절감할 수 있다.

상기 발전 보일러용 일과식 화학 세정 시스템은 에어 블로잉 공정을 포함할 수 있다. 이러한 경우 본 발명의 발전 보일러용 일과식 화학 세정 시스템을 적용함으로써 스케일을 효과적으로 제거하는 동시에 시간을 단축하는 이점이 증대될 수 있다.

상기 제1유로 및 제2유로는 전구간 유속이 균일할 수 있다. 이러한 경우 스케일의 종류에 관계 없이 세정효율을 높일 수 있고, 세정 시간과 절약과 각종 비용을 더욱 절감할 수 있다.

본 발명 일 실시예의 발전 보일러용 일과식 화학 세정 시스템의 모식도를 도 1에 나타내었다.

본 발명 일 실시예의 발전 보일러용 일과식 화학 세정 시스템의 유로를 도 에 나타내었다.

본 발명 일 실시예의 발전 보일러용 일과식 화학 세정 방법을 도 3에 나타내었다.

실시예

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

실시예 1

순환펌프, 재열기, 블로우 밸브, 주증기관, 과열기, 수관벽, 체크 밸브 및 이들을 연결하기 위한 가설배관을 포함하는 시스템을 구성하였다.

제1유로: 순환펌프 → 가설배관 → 재열기 → 가설배관 → 블로우 밸브 → 가설배관 → 주증기관 → 과열기 → 수관벽 → 체크 밸브 → 가설배관 →순환펌프

제2유로: 순환펌프 → 가설배관 → 재열기 → 가설배관 → 블로우밸브 → 가설배관 → 주증기관 → 과열기 → 세퍼레이터 → 플래시 탱크 → 가설배관 → 순환펌프

스케일 제거용 화학 세정액을 상기의 제1유로의 역순으로 순환시켜 스케일을 용해하는 역순환을 수행한 다음, 수관벽 내 수관의 약품은 배출하지 않고 그대로 보존한 상태에서 스케일 제거용 화학 세정액을 제2유로에 정순환시켜 스케일을 용해 및 제거하는 것을 포함하는 발전 보일러용 일과식 화학 세정을 수행하였다.

<총 유량 1000ton/hr일 때의 전산해석실시 결과>

보일러 튜브의 화학세정 공정에 있어 화학세정의 효과에 중요한 영향을 미치는 인자는 헤더로부터 분지되는 각 보일러 튜브로의 유량분배 및 유속이다. 원래 보일러 튜브의 내부에는 증기가 고속으로 흐르는 것으로 설계되어 있지만, 화학세정 공정 중에는 액체상태의 세정액이 증기에 비해 상대적으로 저속으로 흐르게 된다. 이에 따라 보일러 튜브 화학세정 공정 중 헤더로부터 분지되는 각 보일러 튜브로 세정액이 적합한 유속으로, 또한 균일한 유량이 분배되는지를 확인하기 위해, 전산유동해석을 활용하여 실제 화학세정 순환공정 조건을 모사, 세정액의 유동을 예측하고자 하였다. 특히 표준석탄화력 발전소는 30여년간 운영 후 산화스케일의 발생이 과다하게 성장하고 외층의 탈리가 진행되고 있어 보일러 튜브의 건전성과 효율을 향상시키기 위해서는 화학세정을 수행하는 것이 필수적이며, 이를 통해 운전장애 방지 및 튜브 교체비용을 절감할 수 있다는 장점이 존재한다. 그러나 500MW급 대용량 보일러의 설비구조의 복잡성과 공정 조건을 확보하기 위해서는 적절한 기자재와 그에 맞는 세정절차 및 설비의 설계가 필수적이라 할수 있다.

이러한 보일러의 수평형 튜브에 화학세정을 적용하는데 있어 유속, 유량, 온도 등 여러 변수가 있으나 특히 적절한 유속과 전구간의 순환을 확보하는 것이 필수적이지만 실험실용 모사장치를 통한 유속확보는 적절치 않으므로, 현장적용 시 조건과 유사하게 적용하여 전산해석을 실시하였다. 결과는 하기 도 4 내지 도 5 및 표 1을 통해 나타내었다.

	Mass flow rate [kg/s](velocity [m/s])						Max. difference		Average velocity
Case No	Tube1	Tube2	Tube3	Tube4	Tube5	Tube6	kg/s	%	m/s
실시예1 (Case 1-1)	0.3172 (0.153)	0.3082 (0.149)	0.3044 (0.147)	0.3048 (0.147)	0.3092 (0.149)	0.3202 (0.154)	0.0128	4.12	0.150

도 4는 1000톤 속도분포 유체해석 결과를 나타내고, 도 5는 표 1의 1000톤 유량분배 유체해석 결과를 나타낸다.

상기 결과를 통해 실시예 1에서는 총 유량이 1000ton/hr 일 경우 6개 배관에서의 유량불균형은 최대 4.12%(평균유량 기준)이고, 관내 평균유속은 0.150m/s 로 유량분배의 차이가 크지 않고 골고루 분배됨을 알 수 있었다.

실시예 2

총 유량을 2000ton/hr로 변경한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 시스템의 전산해석실시 결과를 나타내었다. 결과는 하기 도 6 내지 도 7 및 표 2를 통해 나타내었다.

	Mass flow rate [kg/s](velocity [m/s])						Max. difference		Average velocity
Case No	Tube1	Tube2	Tube3	Tube4	Tube5	Tube6	kg/s	%	m/s
실시예 2 (Case 2-1)	0.6371 (0.307)	0.6167 (0.297)	0.6075 (0.293)	0.6071 (0.293)	0.6180 (0.298)	0.6426 (0.310)	0.0355	5.71	0.300

도 6은 2000톤 속도분포 유체해석 결과를 나타내고, 도 7은 표 2의 2000톤 유량분배 유체해석 결과를 나타낸다.

상기 결과를 통해 실시예 2에서는 총 유량이 2000ton/hr일 경우에도 마찬가지로 6개 배관에서의 유량 불균형은 최대 5.71%(평균유량 기준)이고 관내 평균 유속은 0.300m/s 로 균일한 유속으로 유체가 흐름을 확인할 수 있었다.

Claims

순환펌프, 재열기, 블로우 밸브, 주증기관, 과열기, 수관벽, 체크 밸브 및 이들을 연결하기 위한 가설배관을 포함하고,
순환펌프 → 가설배관 → 재열기 → 가설배관 → 블로우 밸브 → 가설배관 → 주증기관 → 과열기 → 수관벽 → 체크 밸브 → 가설배관 →순환펌프의 순서로 연결된 제1유로를 포함하는 발전 보일러용 일과식 화학 세정 시스템이고,
스케일 제거용 화학 세정액을 상기의 제1유로의 역순으로 순환시켜 스케일을 용해하는 역순환을 수행한 다음,
수관벽 내 수관의 약품은 배출하지 않고 그대로 보존한 상태에서 스케일 제거용 화학 세정액을 순환펌프 → 가설배관 → 재열기 → 가설배관 → 블로우밸브 → 가설배관 → 주증기관 → 과열기 → 세퍼레이터 → 플래시 탱크 → 가설배관 → 순환펌프의 순서로 연결된 제2유로에 정순환시켜 스케일을 용해 및 제거하는 것을 포함하는 발전 보일러용 일과식 화학 세정 시스템.
제1항에 있어서,
상기 정순환 및 역순환이 반복되는 것을 더 포함하는 발전 보일러용 일과식 화학 세정 시스템.
제1항에 있어서,
상기 발전 보일러용 일과식 화학 세정 시스템은 에어 블로잉 공정을 포함하는 것인 발전 보일러용 일과식 화학 세정 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1유로 및 제2유로는 전구간 유속이 균일한 발전 보일러용 일과식 화학 세정 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한항에 따른 시스템을 이용한 발전 보일러용 일과식 화학 세정 방법.