KR102415825B1 - 순환유동층연소 보일러용 재열기의 설치 구조 및 방법 - Google Patents

순환유동층연소 보일러용 재열기의 설치 구조 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의하면, 순환유동층연소 보일러의 가열 공간 내에서 가열 대상 증기의 유동 방향을 따라서 연속적으로 이어지도록 연결되는 제1 메인 튜브와 제2 메인 튜브를 구비하는 메인 튜브부를 구비하는 재열기의 설치 구조로서, 상기 가열 공간의 외벽에 설치되고 상기 제1 메인 튜브가 통과하는 튜브 형태의 입구측 슬리브를 포함하며, 상기 입구측 슬리브는 연속으로 이어지도록 연결되는 제1 슬리브 튜브와 제2 슬리브 튜브를 구비하며, 상기 제1 슬리브 튜브와 상기 제1 메인 튜브는 용접되어서 결합되며, 상기 제1 슬리브 튜브의 재질은, 탄소(carbon, C) 0.07 중량% 이하, 규소(silicon, Si) 0.75 중량% 이하, 망간(manganese, Mn) 2.00 중량% 이하, 인(phosphorus, P) 0.045 중량% 이하, 황(sulfur, S) 0.003 중량% 이하, 니켈(nickel, Ni) 10.5 중량% 이하, 크롬(chromium, Cr) 18.0 ~ 20.0 중량%를 함유하는 것인, 순환유동층연소 보일러용 재열기의 설치 구조가 제공된다.

Description

순환유동층연소 보일러용 재열기의 설치 구조 및 방법 {STRUCTURE AND METHOD FOR INTALLING REHEATER FOR CFBC BOILER}
본 발명은 순환유동층연소 보일러에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 순환유동층연소 보일러용 재열기의 설치 기술에 관한 것이다.
순환유동층연소(CFBC: Circulating Fluidized Bed Combustion) 보일러는 지속적으로 열을 순환시켜 석탄과 같은 고체 연료를 완전 연소시키는 보일러로서, 공기와 석회를 동시에 주입시켜서 순환 연시소킴으로써 질소산화물, 황산화물 등 오염물질 배출을 크게 줄일 수 있는 친환경 순환구조를 갖추고 있다.
발전설비에서 순환유동층연소 보일러는 고압 터빈으로부터 배출된 고온 저압의 증기를 중·저압 터빈용 증기로 공급하기 위해 재가열하는 재열기를 구비한다. 재열기에 사용되는 튜브로서 고온 용도의 ASME 규격 SA213 T91의 튜브와 SA213 T22의 튜브를 연결한 것이 주로 사용되고 있다.
순환유동층연소 보일러에서 연료로 염소(Cl)를 다량 함유하고 있는 바이오매스를 사용하는 경우에, 연소 가스에 포함된 염소 성분에 의한 고온부식으로 종래 재질의 재열기 튜브에서 황(S) 부식(0.02mm/year) 대비 과도한 두께 감육(0.6mm/year)이 확인됨에 따라, 염소 성분에 대한 내부식성이 향상된 재질의 재열기 튜브와 함께 변화된 재열기 튜브의 재질에 대응하여 재열기의 설치 기술이 요구된다.
대한민국 등록실용신안공보 제20-0328130호 "유동층 보일러의 열교환기 튜브 배열구조" (2003.09.26.)
본 발명의 목적은 염소 성분에 대한 내식성이 우수한 순환유동층연소 보일러용 재열기의 설치 구조 및 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 순환유동층연소 보일러의 가열 공간 내에서 가열 대상 증기의 유동 방향을 따라서 연속적으로 이어지도록 연결되는 제1 메인 튜브와 제2 메인 튜브를 구비하는 메인 튜브부를 구비하는 재열기의 설치 구조로서, 상기 가열 공간의 외벽에 설치되고 상기 제1 메인 튜브가 통과하는 튜브 형태의 입구측 슬리브를 포함하며, 상기 입구측 슬리브는 연속으로 이어지도록 연결되는 제1 슬리브 튜브와 제2 슬리브 튜브를 구비하며, 상기 제1 슬리브 튜브와 상기 제1 메인 튜브는 용접되어서 결합되며, 상기 제1 슬리브 튜브의 재질은, 탄소(carbon, C) 0.07 중량% 이하, 규소(silicon, Si) 0.75 중량% 이하, 망간(manganese, Mn) 2.00 중량% 이하, 인(phosphorus, P) 0.045 중량% 이하, 황(sulfur, S) 0.003 중량% 이하, 니켈(nickel, Ni) 10.5 중량% 이하, 크롬(chromium, Cr) 18.0 ~ 20.0 중량%를 함유하는 것인, 순환유동층연소 보일러용 재열기의 설치 구조가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 순환유동층연소 보일러의 가열 공간 내에서 가열 대상 증기의 유동 방향을 따라서 연속적으로 이어지도록 연결되는 제1 메인 튜브와 제2 메인 튜브를 구비하는 메인 튜브부를 구비하는 재열기를 설치하는 방법으로서, 제1 슬리브 튜브와 제2 슬리브 튜브를 연속적으로 이어지도록 용접하여 제조된 튜브 형상의 입구측 슬리브를 준비하는 슬리브 준비 단계; 상기 제1 메인 튜브가 상기 입구측 슬리브를 통과하는 상태에서 상기 제1 메인 튜브는 상기 제1 슬리브 튜브와 상기 제2 슬리브 튜브 중 상기 제1 슬리브 튜브와만 용접하여 결합하는 튜브 용접 단계; 및 상기 입구측 슬리브를 상기 가열 공간의 외벽에 용접하여 결합하는 벽체 용접 단계를 포함하며, 상기 제1 슬리브 튜브의 재질은, 탄소(carbon, C) 0.07 중량% 이하, 규소(silicon, Si) 0.75 중량% 이하, 망간(manganese, Mn) 2.00 중량% 이하, 인(phosphorus, P) 0.045 중량% 이하, 황(sulfur, S) 0.003 중량% 이하, 니켈(nickel, Ni) 10.5 중량% 이하, 크롬(chromium, Cr) 18.0 ~ 20.0 중량%를 함유하는 것인, 순환유동층연소 보일러용 재열기의 설치 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 재열기의 튜브에서 염소(Cl) 성분을 함유하는 연소 가스와 접촉하는 부분이 염소 성분에 대한 내식성이 향상된 니켈(Ni)과 크롬(Cr)을 함유하는 니켈 크롬 합금강으로 이루어지고, 재열기의 입구측 튜브를 감싸고 가열 공간의 외벽에 결합되는 입구측 슬리브에서 재열기의 튜브와 용접 결합되는 부분이 재열기의 튜브와 유사한 열팽창 계수를 갖는 재질로 이루어지므로 열응력을 최소화하여 구조적 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 재열기 설치 구조가 적용되는 순환유동층연소 보일러의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 순환유동층연소 보일러용 재열기가 본 발명의 일 실시예에 따른 재열기 설치 구조로 설치된 상태를 도시한 측면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 재열기에서 튜브 구조체의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 도 2 및 도 3에서 입구측 슬리브의 설치 부분을 확대하여 도시한 측면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 입구측 슬리브의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환유동층연소 보일러용 재열기의 설치 방법을 개략적으로 설명하는 순서도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 재열기 설치 구조가 적용되는 순환유동층연소 보일러의 개략적인 구성이 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 순환유동층연소 보일러(10)는 고체 연료에 대한 유동층 연소가 이루어지는 연소로(furnace)(11)와, 연소로(11)에서 배출되는 연소 배기가스에서 고형분을 분리하여 포집하는 고형분 분리기(12)와, 고형분 분리기(12)에서 배출되는 연소 배기가스에 의한 열교환이 이루어지는 전열부(13)와, 전열부(13)에 설치되어서 연소 배기가스의 열로 고압 터빈에서 배출된 증기를 재가열하는 재열기(100)를 구비한다. 고형분 분리기(12)에서 포집된 고형분은 연소로(11)로 공급되어서 재활용된다. 본 발명의 대상은 재열기(100)의 설치 구조로서, 나머지 구성들은 통상적인 순환유동층연소 보일러에서 사용되는 기술로 이루어지므로, 이하 재열기(100) 및 재열기(100)의 설치 구조에 대해서만 상세하게 설명한다. 본 실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이 재열기(100)가 전열부(13)에 설치되는 것으로 설명하지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
도 2에는 순환유동층연소 보일러용 재열기(100)가 본 발명의 일 실시예에 따른 재열기 설치 구조로 설치된 상태가 측면도로서 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 재열기(100)는 입구측 헤더(header)(110)와, 출구측 헤더(120)와, 입구측 헤더(110)와 출구측 헤더(120)의 사이에 형성되는 재열기 튜브 구조물(130)을 포함한다. 본 실시예에서는 도시된 바와 같이 입구측 헤더(110)가 아래에 위치하고 출구측 헤더(120)가 위에 위치하도록 재열기(100)가 전열부(도 1의 13)에 설치되는 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
입구측 헤더(110)는 재열기(100)가 설치되는 전열부(도 1의 13)의 측면 바깥에 배치된다. 입구측 헤더(110)에 재열기 튜브 구조물(130)이 연결된다. 입구측 헤더(110)를 통해 고압 터빈에서 배출된 재가열 대상 증기가 재열기 튜브 구조물(130)로 공급된다. 입구측 헤더(110)는 튜브 형태로서, 대체로 수평방향을 따라서 연장되도록 배치된다.
출구측 헤더(120)는 재열기(100)가 설치되는 전열부(도 1의 13)의 측면 바깥에 입추측 헤더(110)보다 위에 배치된다. 출구측 헤더(110)에 재열기 튜브 구조물(130)이 연결된다. 출구측 헤더(120)로 재열기 튜브 구조물(130)로부터 배출되는 증기가 모여서 배출된다. 출구측 헤더(120)는 튜브 형태로서, 대체로 수평방향을 따라서 연장되도록 배치된다.
재열기 튜브 구조물(130)은 입구측 헤더(110)와 출구측 헤더(120)의 사이에 형성된다. 재열기 튜브 구조물(130)은 입구측 헤더(110)와 출구측 헤더(120)를 연통시키고 나란하게 연장되도록 배치되는 복수개의 튜브 구조체(140)들을 구비한다.
복수개의 튜브 구조체(140)들은 나란하게 연장되도록 배치되며, 각각은 입구측 헤더(110) 및 출구측 헤더(120)와 연통된다. 튜브 구조체(140)는 내부에 증기가 유동하는 증기 통로를 제공한다. 입구측 헤더(110)를 통해 유입된 증기가 증기 통로를 통해 출구측 헤더(120)로 유동하면서 재가열된다. 복수개의 튜브 구조체(140)들 각각은 입구측 헤더(110) 쪽에서 입구측 슬리브(sleeve)(101)를 통과하며, 출구측 헤더(110) 쪽에서 출구측 슬리브(109)를 통과한다. 입구측 슬리브(101)와 출구측 슬리브(109)는 본 발명의 일 실시예에 따른 재열기 설치 구조를 구성한다.
도 3에는 튜브 구조체(140)의 구성이 더욱 상세하게 확대되어서 도시되어 있다. 도 2와 도 3을 참조하면, 튜브 구조체(140)는 복수개의 튜브가 연속으로 이어지도록 연결되어서 형성된 것으로서, 입구측 헤더(110)로부터 연장되는 제1 헤더측 튜브(150)과, 출구측 헤더(120)로부터 연장되는 제2 헤더측 튜브(160)와, 제1 헤더측 튜브(150)와 제2 헤더측 튜브(160)의 사이에서 연장되는 메인 튜브부(170)와, 제1 헤더측 튜브(150)와 메인 튜브부(170)의 사이를 연결하는 제1 연결 튜브(180)와, 제2 헤더측 튜브(160)와 메인 튜브(170)의 사이를 연결하는 제2 연결 튜브부(190)를 구비한다.
제1 헤더측 튜브(150)는 입구측 헤더(110)로부터 증기의 흐름 방향을 따라서 연장되어서 끝단이 제1 연결 튜브(180)와 연결된다. 제1 헤더측 튜브(150)의 양단 중 일단은 전열부(도 1의 13)의 외부에서 입구측 헤더(110)와 연통되도록 연결되며, 타단은 전열부(도 1의 13)의 외부에서 제1 연결 튜브(180)와 이어지도록 연결된다. 본 실시예에서 제1 헤더측 튜브(150)는 44.5mm의 외경과 3.81mm의 최소두께(MWT:Minimum Wall Thickness)를 가지며, 그 재질은 ASME(American Society of Mechanical Engineers) 규격 SA213 T11의 것이 사용되는 것으로 설명한다.
제2 헤더측 튜브(160)는 출구측 헤더(120)로부터 증기의 흐름 반대방향을 따라서 연장되어서 끝단이 제2 연결 튜브부(190)와 연결된다. 제2 헤더측 튜브(160)의 양단 중 일단은 전열부(도 1의 13)의 외부에서 출구측 헤더(120)와 연통되도록 연결되며, 타단은 전열부(도 1의 13)의 외부에서 제2 연결 튜브부(190)와 이어지도록 연결된다. 본 실시예에서 제2 헤더측 튜브(160)는 44.5mm의 외경과 3.81mm의 최소두께를 가지며, 그 재질은 ASME 규격 SA213 T91의 것이 사용되는 것으로 설명한다.
메인 튜브부(170)는 제1 헤더측 튜브(150)와 제2 헤더측 튜브(160)의 사이에서 연장된다. 메인 튜브부(170)는 튜브 구조체(140)의 전체 길이 구간에서 대부분의 길이 구간을 차지한다. 메인 튜브부(170)의 양단 중 일단은 전열부(도 1의 13)의 외부에서 제1 연결 튜브(180)와 이어지도록 연결되며, 타단은 전열부(도 1의 13)의 외부에서 제2 연결 튜브부(190)와 이어지도록 연결된다. 메인 튜브부(170)의 양단부는 전열부(도 1의 13)의 외벽(W)과 대체로 직각을 이루면서 외부로 돌출되고, 외벽(W)에 결합되는 입구측 슬리브(101) 및 출구측 슬리브(109)를 통과한다. 본 실시예에서 메인 튜브부(170)에서 제1 연결 튜브(180)와 연결되는 일단이 제2 연결 튜브부(190)와 연결되는 타단보다 아래에 위치한다. 본 실시예에서는 가열 공간인 전열부(도 1의 13)의 내부 공간에서 연소 배기가스가 위에서 아래로 유동하는 것으로 설명한다. 그에 따라, 전열부(도 1의 13)의 내부 공간에서 위로 갈수록 온도가 높은 고온 영역이 된다. 메인 튜브부(170)의 양단부 중 제1 연결 튜브(180)와 연결되는 입구측 단부는 입구측 슬리브(101)를 통과하며, 제2 연결 튜브부(109)와 출구측 단부는 출구측 슬리브(109)를 통과한다.
메인 튜브부(170)는 연소 배기가스와 접촉하는 전열부(도 1의 13)의 내부 공간(가열 공간)에서 지그재그 형상으로 연장되어서 형성된다. 구체적으로, 메인 튜브부(170)는 제1 연결 튜브(180)와 연결되는 끝단으로부터 수평으로 길게 연장된 후 절곡되어서 위로 약간 연장되고, 다시 수평 반대방향으로 절곡되어서 길게 연장된 후 절곡되어서 위로 연장되며, 다시 수평 방대방향으로 절곡되어서 길게 연장된 후 절곡되어서 위로 연장되고, 다시 수평 반대방향으로 절곡되어서 길게 연장되어 제2 연결 튜브부(190)와 연결된다. 즉, 메인 튜브부(170)는 가열 대상 증기가 가열 공간에서 연소 배기가스의 흐름 방향에 대체로 직각인 방향으로 반복하여 유동하면서 연소 배기가스의 흐름 방향을 거슬러 유동하여 배출되도록 구성된 것이다.
메인 튜브부(170)는 그 내부를 유동하는 가열 대상 증기의 유동방향을 따라서 연속으로 이어지는 제1 메인 튜브(171)와 제2 메인 튜브(175)를 구비한다. 즉, 가열 공간에서 제1 메인 튜브(171)는 상대적으로 저온 영역에 위치하며, 제2 메인 튜브(175)는 상대적으로 고온 영역에 위치하는 것이다. 본 실시예에서 두 메인 튜브(171, 175)들은 모두 44.5mm의 외경과 3.81mm의 최소두께를 갖는다. 제1 메인 튜브(171)는 입구측 슬리브(101)를 통과하며, 제2 메인 튜브(175)는 출구측 슬리브(109)를 통과한다. 입구측 슬리브(101)와 출구측 슬리브(109)는 내압을 받는 제 메인 튜브(171)와 제2 메인 튜브(175)를 각각 감싸서 보호하면서 전열부(도 1의 13)의 외벽(W)에 결합되어서 연소 배기가스의 누설을 방지한다.
제1 메인 튜브(171)는 니켈 크롬 합금강으로서, 탄소(carbon, C) 0.07 ~ 0.13 중량% 이하, 규소(silicon, Si) 0.30 중량% 이하, 망간(manganese, Mn) 1.00 중량% 이하, 인(phosphorus, P) 0.040 중량% 이하, 황(sulfur, S) 0.010 중량% 이하, 니켈(nickel, Ni) 7.5 ~ 10.5 중량%, 크롬(chromium, Cr) 17.0 ~ 19.0 중량%, 니오븀(niobium, Nb) 0.30 ~ 0.60 중량%, 구리(copper, Cu) 2.5 ~ 3.5 중량%, 질소(nitrogen, N) 0.05 ~ 0.12 중량%, 알루미늄(aluminum, Al) 0.003 ~ 0.030 중량%, 붕소(boron, B) 0.001 ~ 0.010 중량%, 잔부의 철 및 기타 불가피한 불순물을 함유한다.
제2 메인 튜브(175)는 니켈 크롬 합금강으로서, 탄소(carbon, C) 0.10 중량% 이하, 규소(silicon, Si) 0.50 중량% 이하, 망간(manganese, Mn) 0.50 중량% 이하, 인(phosphorus, P) 0.015 중량% 이하, 황(sulfur, S) 0.015 중량% 이하, 니켈(nickel, Ni) 58.00 중량% 이상, 크롬(chromium, Cr) 20.00 ~ 23.00 중량%, 몰리브덴(molybdenum, Mo) 8.00 ~ 10.00 중량%, 알루미늄(aluminum, Al) 0.40 중량% 이하, 티타늄(Titanium, Ti) 0.40 중량% 이하, 철(iron, Fe) 5.00 중량% 이하, 코발트(cobalt, Co) 1.0 중량% 이하, 니오븀(niobium, Nb) + 탄탈럼(tantalum, Ta) 3.15 ~ 4.15 중량%를 함유한다.
고온 영역에 배치되는 제2 메인 튜브(175)는 니켈(Ni)과 크롬(Cr)을 다량 함유하고, 저온 영역에 배치되는 제1 메인 튜브(171)도 니켈과 크롬을 함유하는 재질로 이루어져서 전체적으로 메인 튜브부(170)의 연소 배기가스에 포함된 염소 성분에 대한 내식성을 현저하게 향상시켰다. 바이오매스를 연료로 사용하는 동일한 연소 환경에서 본 발명의 경우 부식속도는 0.1mm/year인 반면에, 기존의 ASME 규격 SA213 T22 재질의 튜브와 ASME 규격 SA213 T91 재질의 튜브를 연결하여 사용하는 경우의 부식속도는 0.6mm/year이다.
본 실시예에서는, 메인 튜브부(170)가 사용되는 환경의 가스(즉, 전열부(13) 내에서 메인 튜브부(170)가 위치하는 부분의 연소가스)의 온도가 약 870℃이며, 연소가스에 함유된 염소 성분 농도가 약 3000PPM인 것으로 설명한다.
제1 연결 튜브(180)는 전열부(도 1의 13)의 외부에 배치되어서, 제1 헤더측 튜브(150)와 제1 메인 튜브(171)의 사이를 연결한다. 제1 연결 튜브(180)의 양단은 제1 헤더측 튜브(150) 및 제1 메인 튜브(171)와 각각 용접으로 결합된다. 제1 연결 튜브(180)는 제1 헤더측 튜브(150)와 동일한 재질인 ASME 규격 SA213 T11로 이루어진다. 이종재질인 제1 연결 튜브(180)와 제1 메인 튜브(171)는 공장에서 용접되어서 연결되고, 작업 여건이 열악한 현장에서는 용접 작업이 용이한 제1 연결 튜브(180)와 제1 헤더측 튜브(150)에 대한 동종 용접이 이루어진다. 제1 연결 튜브(180)는 44.5mm의 외경과 3.81mm의 최소두께를 갖는다.
제2 연결 튜브부(190)는 전열부(도 1의 13)의 외부에 배치되어서, 제2 헤더측 튜브(160)와 제2 메인 튜브(175)의 사이를 연결한다. 제2 연결 튜브부(190)의 양단은 제2 헤더측 튜브(160) 및 제2 메인 튜브(175)와 각각 용접으로 결합된다. 제2 연결 튜브부(190)는 용접으로 연결되어서 연속으로 이어지는 제2A 연결 튜브(191)와 제2B 연결 튜브(195)를 구비한다.
제2A 연결 튜브(191)는 제2 메인 튜브(175)와 용접으로 연결되어서 연속으로 이어진다. 제2A 연결 튜브(191)는 제1 메인 튜브(171)와 동일한 재질이며, 44.5mm의 외경과 3.81mm의 최소두께를 갖는다. 제2A 연결 튜브(191)로 제1 메인 튜브(171)와 동일한 재질이 사용됨으로써, 현장에서의 이종용접이 필요없게 되고, 기존 재질에 의한 조기 크립 손상 및 산화 박리를 방지할 수 있다.
제2B 연결 튜브(195)는 제2 헤더 튜브(160)와 용접으로 연결되어서 연속으로 이어진다. 제2B 연결 튜브(195)는 ASME 규격 SA213 TP347H의 재질이며, 44.5mm의 외경과 3.81mm의 최소두께를 갖는다.
본 발명의 특징은 재열기 설치 구조를 구성하는 입구측 슬리브(101)이다. 도 3, 도 4 및 도 5를 참조하면, 입구측 슬리브(101)는 제1 메인 튜브(171)를 감싸는 튜브 형태로서, 입구측 슬리브(101)에 형성된 통로(105)를 제1 메인 튜브(171)가 통과하면서 결합된다. 입구측 슬리브(101)는 제1 메인 튜브(171)가 전열부(도 1의 13)의 외벽(W)을 지나가는 위치에서 외벽(W)을 통과하도록 외벽(W)에 용접되어서 결합된다. 본 실시예에서 입구측 슬리브(101)는 54mm의 외경과 3.87mm의 최소두께를 갖는 것으로 설명한다. 입구측 슬리브(101)는 동일한 외경(54mm)과 최소두께(3.87mm)를 갖는 제1 슬리브 튜브(102)와 제2 슬리브 튜브(103)가 용접되어서 연속적으로 이어진 형태이다. 본 실시예에서는 제1 슬리브 튜브(102)와 제2 슬리브 튜브(103)가 동일한 길이를 갖는 것으로 설명한다. 제1 메인 튜브(101)는 제1 슬리브 튜브(102)와 제2 슬리브 튜브(103) 중 제1 슬리브 튜브(102)와 용접되어서 결합되고, 전열부(도 1의 13)의 외벽(W)은 제1 슬리브 튜브(102)와 제2 슬리브 튜브(103) 중 제2 슬리브(103)와 용접되어서 결합된다.
제1 슬리브 튜브(102)는 니켈 크롬 합금강으로서, 탄소(carbon, C) 0.07 중량% 이하, 규소(silicon, Si) 0.75 중량% 이하, 망간(manganese, Mn) 2.00 중량% 이하, 인(phosphorus, P) 0.045 중량% 이하, 황(sulfur, S) 0.003 중량% 이하, 니켈(nickel, Ni) 10.5 중량% 이하, 크롬(chromium, Cr) 18.0 ~ 20.0 중량%, 잔부의 철 및 기타 불가피한 불순물을 함유한다. 이러한 화학 조성을 갖는 제1 슬리브 튜브(102)는 아래 표 1과 표 2를 통해 알 수 있는 바와 같이 용접 결합되는 제1 메인 튜브(171)와 유사한 열팽창 계수를 갖는다. 따라서 열팽창량 차이에 따른 열응력이 최소화될 수 있다. 아래 표 1은 제1 슬리브 튜브(102) 재질의 온도에 따른 열팽창 계수를 보여주고, 표 2는 제1 메인 튜브(101) 재질의 온도에 따른 열팽창 계수를 보여준다.
온도 0-100℃ 0-315℃ 0-538℃
열팽창계수 17.2 17.8 18.4
온도 R.T.-300℃ R.T.-400℃ R.T.-500℃ R.T.-600℃ R.T.-700℃ R.T.-800℃
열팽창계수 17.5 17.8 18.1 18.4 18.6 18.8
제2 슬리브 튜브(103)는 ASME 규격 SA213 T22의 재질로 이루어진다. 제2 슬르브 튜브(103)는 전열부(도 1의 13)의 외벽(W)에 형성된 관통홀(미도시)을 통과하면서 외벽(W)에 용접으로 결합된다. 본 실시예에서 외벽(W)의 재질은 ASME 규격 SA387 Grade 11의 것이다.
도 6에는 본 발명의 일 실시예에 따른 순환유동층연소 보일러용 재열기의 설치 방법이 순서도로서 도시되어 있다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 순환유동층연소 보일러용 재열기의 설치 방법은, 도 4에 도시된 바와 같은 구성의 입구측 슬리브(101)를 준비하는 슬리브 준비 단계(S10)와, 입구측 슬리브(101)에 제1 메인 튜브(도 4의 171)를 용접하여 결합하는 튜브 용접 단계(S20)와, 입구측 슬리브(101)를 전열부(도 1의 13)의 외벽(W)에 용접하여 결합하는 벽체 용접 단계(S30)를 포함한다.
슬리브 준비 단계(S10)에서는 위에서 설명된 도 4에 도시된 바와 같은 구성의 입구측 슬리브(101)가 준비된다. 슬리브 준비 단계(S10)는 순환유동층연소 보일러(도 1의 10)의 설치 현장이 아닌 공장에서 제1 슬리브 튜브(102)와 제2 슬리브 튜브(103)가 용접되어서 입구측 슬리브(101)가 제조됨으로써 수행된다.
튜브 용접 단계(S20)에서는 슬리브 준비 단계(S10)를 통해 준비된 입구측 슬리브(101)에 제1 메인 튜브(도 4의 171)가 용접되어서 결합된다. 튜브 용접 단계(S20)는 순환유동층연소 보일러(도 1의 10)의 설치 현장이 아닌 공장에서 제1 메인 튜브(171)와 입구측 슬리브(101)가 용접됨으로써 수행된다. 구체적으로 튜브 용접 단계(S20)에서 입구측 슬리브(101)의 통로(105)에 제1 메인 튜브(171)가 통과하도록 끼워진 상태에서 제1 메인 튜브(171)와 입구측 슬리브(101)의 제1 슬리브 튜브(102)가 용접된다.
벽체 용접 단계(S30)에서는 튜브 용접 단계(S20)를 통해 제1 메인 튜브(171)와 결합된 입구측 슬리브(101)가 전열부(도 1의 13)의 외벽(W)에 용접되어서 결합된다. 구체적으로, 벽체 용접 단계(S30)에서 입구측 슬리브(101)는 외벽(W)에 형성된 관통홀(미도시)에 끼워지고, 이 때 입구측 슬리브(101)의 제2 슬리브 튜브(103) 구간이 외벽(W)에 위치하며, 제2 슬리브 튜브(103)가 외벽(W)이 용접된다. 입구측 슬리브(101)의 제1 슬리브 튜브(102) 전체는 가열 공간인 외벽(W)의 내측 공간에 위치하며, 입구측 슬리브(101)의 제2 슬립 튜브(103)는 외벽(W)을 사이에 두고 내측 공간과 외측 공간으로 나누어져서 위치하게 된다.
이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
100 : 순환유동층연소 보일러용 재열기
101 : 입구측 슬리브
102 : 제1 슬리브 튜브
103 : 제2 슬리브 튜브
109 : 출구측 슬리브
110 : 입구측 헤더
120 : 출구측 헤더
130 : 재열기 튜브 구조물
140 : 튜브 구조체
150 : 제1 헤더측 튜브
160 : 제2 헤더측 튜브
170 : 메인 튜브부
171 : 제1 메인 튜브
175 : 제2 메인 튜브
180 : 제1 연결 튜브
190 : 제2 연결 튜브부

Claims (8)

  1. 순환유동층연소 보일러의 가열 공간 내에서 가열 대상 증기의 유동 방향을 따라서 연속적으로 이어지도록 연결되는 제1 메인 튜브와 제2 메인 튜브를 구비하는 메인 튜브부를 구비하는 재열기의 설치 구조로서,
    상기 가열 공간의 외벽에 설치되고 상기 제1 메인 튜브가 통과하는 튜브 형태의 입구측 슬리브를 포함하며,
    상기 입구측 슬리브는 연속으로 이어지도록 연결되는 제1 슬리브 튜브와 제2 슬리브 튜브를 구비하며,
    상기 제1 슬리브 튜브와 상기 제1 메인 튜브는 용접되어서 결합되며,
    상기 제2 슬리브 튜브가 상기 외벽과 용접되어서 결합되며,
    상기 제1 슬리브 튜브의 재질은 니켈 크롬 합금강이며, 탄소(carbon, C) 0.07 중량% 이하, 규소(silicon, Si) 0.75 중량% 이하, 망간(manganese, Mn) 2.00 중량% 이하, 인(phosphorus, P) 0.045 중량% 이하, 황(sulfur, S) 0.003 중량% 이하, 니켈(nickel, Ni) 10.5 중량% 이하, 크롬(chromium, Cr) 18.0 ~ 20.0 중량%, 잔부의 철 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 것인,
    순환유동층연소 보일러용 재열기의 설치 구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 메인 튜브의 재질은 니켈 크롬 합금강이며, 탄소(carbon, C) 0.07 ~ 0.13 중량% 이하, 규소(silicon, Si) 0.30 중량% 이하, 망간(manganese, Mn) 1.00 중량% 이하, 인(phosphorus, P) 0.040 중량% 이하, 황(sulfur, S) 0.010 중량% 이하, 니켈(nickel, Ni) 7.5 ~ 10.5 중량%, 크롬(chromium, Cr) 17.0 ~ 19.0 중량%, 니오븀(niobium, Nb) 0.30 ~ 0.60 중량%, 구리(copper, Cu) 2.5 ~ 3.5 중량%, 질소(nitrogen, N) 0.05 ~ 0.12 중량%, 알루미늄(aluminum, Al) 0.003 ~ 0.030 중량%, 붕소(boron, B) 0.001 ~ 0.010 중량%, 잔부의 철 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 것인,
    순환유동층연소 보일러용 재열기의 설치 구조.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 슬리브 튜브의 전체는 상기 가열 공간에 위치하며,
    상기 제2 슬리브 튜브는 상기 외벽을 사이에 두고 상기 가열 공간의 내부와 외부에 위치하는,
    순환유동층연소 보일러용 재열기의 설치 구조.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 슬리브 튜브의 재질은 ASME 규격 SA213 T22의 것이며,
    상기 외벽의 재질은 ASME 규격 SA387 Grade 11의 것인,
    순환유동층연소 보일러용 재열기의 설치 구조.
  6. 순환유동층연소 보일러의 가열 공간 내에서 가열 대상 증기의 유동 방향을 따라서 연속적으로 이어지도록 연결되는 제1 메인 튜브와 제2 메인 튜브를 구비하는 메인 튜브부를 구비하는 재열기를 설치하는 방법으로서,
    제1 슬리브 튜브와 제2 슬리브 튜브를 연속적으로 이어지도록 용접하여 제조된 튜브 형상의 입구측 슬리브를 준비하는 슬리브 준비 단계;
    상기 제1 메인 튜브가 상기 입구측 슬리브를 통과하는 상태에서 상기 제1 메인 튜브는 상기 제1 슬리브 튜브와 상기 제2 슬리브 튜브 중 상기 제1 슬리브 튜브와만 용접하여 결합하는 튜브 용접 단계; 및
    상기 입구측 슬리브를 상기 가열 공간의 외벽에 용접하여 결합하는 벽체 용접 단계를 포함하며,
    상기 벽체 용접 단계는 상기 외벽에 형성된 관통홀에 상기 입구측 슬리브를 끼운 상태에서 상기 외벽과 상기 입구측 슬리브가 용접되어서 수행되며,
    상기 벽체 용접 단계에서 상기 제1 슬리브 튜브의 전체는 상기 가열 공간에 위치하고, 상기 제2 슬리브 튜브는 상기 외벽을 사이에 두고 상기 가열 공간의 내부와 외부에 위치하도록 배치되며,
    상기 제1 슬리브 튜브의 재질은 니켈 크롬 합금강이며, 탄소(carbon, C) 0.07 중량% 이하, 규소(silicon, Si) 0.75 중량% 이하, 망간(manganese, Mn) 2.00 중량% 이하, 인(phosphorus, P) 0.045 중량% 이하, 황(sulfur, S) 0.003 중량% 이하, 니켈(nickel, Ni) 10.5 중량% 이하, 크롬(chromium, Cr) 18.0 ~ 20.0 중량%, 잔부의 철 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 것인,
    순환유동층연소 보일러용 재열기의 설치 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
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