KR20020093949A - 발전소 또는 폐기물 소각 플랜트의 보일러 구역용 구조 부품 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발전소 또는 폐기물 소각 플랜트의 보일러 구역용 구조 부품, 특히 강 또는 강 합금으로 이뤄진 관, 파이프 다발, 핀이 달린 벽, 및 격막 벽에 관한 것으로, 그러한 구조 부품은 층 두께가 약 1 내지 5 ㎜, 바람직하게는 1 내지 2.5 ㎜이고 니켈 또는 니켈 합금으로 이뤄지는 전기 도금된 단일의 연속 외층을 구비하는 것을 그 특징으로 한다.
Description
발전소 또는 폐기물 소각 플랜트와 같은 연소 장치는 항상 급송 장치, 열 활용 장치, 및 연소 가스 정화 설비와 같은 선행 및 후속 접속된 장치와 결합되어서만 소정의 목적을 구현하기 때문에, 모든 개별 부품의 작업 준비를 갖추는 것이 전체적인 가용성에 있어 결정적인 요소가 된다. 고체 연료 또는 고체 산업 폐기물 또는 특수 폐기물 및 가정 쓰레기를 연소시킬 경우, 그러한 부류의 설비는 통상적으로 고체 연료의 공급 시스템, 회전 관형 노 또는 고로의 형태의 노, 경우에 따라 후 연소실, 폐열 활용용 증기 보일러, 연소 가스 세정 시스템, 및 굴뚝으로 이뤄진다. 노 중의 연소 온도는 1 시간까지의 연소물의 체류 시간 동안 약 800 내지 1200 ℃에 있다. 발생된 연소 가스는 연소실로부터 보일러 연도를 경유하여 분진 제거 설비에 이르기까지 냉각되어야 하는데, 그 경우에 연속된 온도 차는 800 ℃에까지 이를 수 있다. 발생 가스로서의 연소 가스는 발생 가스 중에 1000 ㎎/㎥ 이상까지의 분진을 함유할 수 있고, 정화 가스 중에도 여전히 100 ㎎/㎥까지의 분진을 함유할 수 있기 때문에, 중간 온도 범위에서 그러한 연소 가스 성분이 관, 파이프 다발, 핀(fin)이 달린 벽 등과 같은 열 전달 시스템에 침전되는 것을 막을 수가 없다. 그러한 분진 성분은 강 또는 강 합금으로 이뤄진 구조 부품상에 돌과 같은 피막으로 접착되어 한편으로는 열 전달을 방해하고, 다른 한편으로는 연소 가스 중에 함유된 HCl 등의 물질이 그 피막 중에도 함유되어 그 곳에서 강의 염화물 부식을 일으키기 때문에 아주 심한 부식을 촉진시킨다. 아울러, 부식으로 인한 화학적 침해 이외에도 연소 가스 중에 함유된 분진은 마멸에 의한 기계적 침해를 주기도 하는데, 그 경우에 마멸에 의한 마모는 예컨대 녹의 가장자리에 있는 관에서 연소물 그 자체에 의해 일어날 수 있다.
따라서, 발전소 또는 폐기물 소각 플랜트에서는 통상적으로 마멸 또는 부식에 의한 마모 때문에 관 또는 파이프 다발과 같은 구조 부품을 보일러 구역에서 철거하여 교체시켜야 하는데, 그것은 전체 설비의 일시적인 조업 중단을 의미하고, 설비당 수 100 TDM 정도의 연간 비용을 유발시킴과 더불어 통합된 가용성을 구현하지 못하게 한다. 예컨대 신규의 니켈 합금과 같은 다른 재료를 사용함으로써 그러한 문제점에 대처하려는 시도가 이미 있었다. 즉, EP 0 819 775는 니오븀 함량이 감소된 니켈/크롬/철 합금을 개시하고 있는 바, 그 합금은 양호한 내부식성 및 가공성을 보이게 된다. EP 0 928 658로부터는 금속 모재 상에 용접될 수 있는 Ni-Cr-Mo-Fe 합금이 공지되어 있다. 그러한 합금도 역시 통상의 합금과 같이 높은 내부식성을 보인다. 내부식성이 향상된 또 다른 Ni-Cr-Co 합금이 PCT 출원 WO97/43457에 개시되어 있다. EP 0 729 522에는 마모 부위가 있는 금속 관의 보수를 위해 그러한 관의 내벽 상에 예컨대 니켈, 크롬, 구리, 또는 철을 기반으로 한 상용 합금을 전기 도금시키는 것을 개시하고 있다. 그와 같이 하여, 전형적으로 직경이 10 내지 50 ㎜인 관에서의 마모 부위가 보수될 수 있는데, 그 경우에 보수 부위의 길이는 약 5 내지 900 ㎜일 수 있다. 또한, 전기 도금에 의한 보수 합금은 층 두께 및 쌍정 입계와 관련된 규정 조건을 충족시킨다. 또한, PCT 출원 WO 98/09751로부터는 안쪽의 관 부품이 규정된 강 합금으로 이뤄지고 바깥쪽의 관 부품이 Ni-Cr-Mo-Nb-Fe 특수 합금으로 이뤄진 관이 공지되어 있는데, 2개의 부품은 야금학적 결합, 특히 오스프레이(Osprey) 공정에 의해 결합된다.
전술된 공보들에 제안된 특수 합금은 비교적 고가이기 때문에, 실제로는 거의 적용되고 있지 않다. 예컨대, EP 0729 522에 개시된 "클래딩(cladding)"으로서도 지칭되는 코팅 접합 방법만이 실제로 다소간 적용되고 있지만, 내구 수명이 단지 제한적으로만 기대된 정도로 개선될 수 있을 뿐이고, 아울러 곡관 및 직선 관과의 용접을 필요로 한다.
DE 198 31 173은 관 또는 파이프 다발 상에 2겹 이상의 층을 분사하고 나서 추후에 소결시키는 방법에 관한 것이다.
DE 35 19 438은 관을 소켓에 의해 관 플레이트에 고정시킨 후에 니켈 층을 전기 도금시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 발전소 또는 특수 폐기물 소각 설비를 위시한 폐기물 소각 플랜트 및 부식으로 인한 마모 응력 등이 조기 손상을 유발할 수 있는 그러한 설비의 보일러 구역용 구조 부품에 관한 것이다.
따라서, 부식 또는 마멸에 의한 마모에 대해 현격히 더 높은 저항성을 보이고, 제조 과정에서 추가의 용접 접합이 없이도 제조될 수 있는, 발전소 또는 폐기물 소각 플랜트 등의 보일러 구역용 구조 부품이 여전히 요구되고 있다.
그러한 과제는 층 두께가 약 1 내지 5 ㎜, 바람직하게는 1 내지 2.5 ㎜이고 니켈 또는 니켈 합금으로 이뤄지는 전기 도금된 단일의 연속 외층을 구비하는 것을 특징으로 하는 발전소 또는 폐기물 소각 플랜트의 보일러 구역용 구조 부품, 특히 강 또는 강 합금제 관에 의해 달성된다.
전혀 뜻밖에도, 층 두께가 상대적으로 얇은 1 내지 2.5 ㎜이고 순수한 니켈 또는 니켈 합금, 특히 Ni-Co 합금으로 이뤄지는 전기 도금된 연속 외층으로도 그러한 구조 부품의 내구 수명을 몇 배로 증가시키는데 충분한 것으로 이번에 확인되었다. 그러한 전기 도금된 니켈 코팅은 모든 온도 범위에서 마멸에 의한 마모를 확실하게 방지할 뿐만 아니라, 그럼으로써 전혀 뜻밖에도 중간 온도 범위에서 연도 분진이 구조 부품 상에 침전되는 것과 그로 인한 염화물 부식을 대폭적으로 방지하게 된다. 폐기물 소각 플랜트에서의 시험 결과, 실제로 본 발명에 따라 처리된 관에서의 마모율은 동일한 장소 및 동일한 시간에서 1/4년 내에 1.5 ㎜까지의 마모를 보였던 무코팅 관에 비해 거의 0과 다를 바 없는 것으로 밝혀졌다. 관 표면에 분진이 거의 고착되지 않기 때문에, 향후에 방향을 맞춘다면 현격히 더 낮은 정화 비용을 기대할 수 있을 것이다.
니켈 도금은 전기 도금 기술의 가장 오래된 방법이고, 오래 전부터 각종의 이종 분야에 사용되고 있다. 그 경우, 전기 도금되는 강 또는 강 합금제 구조 부품은 음극으로서 접속된다; 니켈 도금 시에는 니켈이 부동태로 인해 특정의 전해질중에만 용해되기 때문에, 통상 전해질 니켈을 양극 재료로서 사용하지 않는다. 통상적으로, 황산니켈과 소량의 염화니켈 및 붕산 또는 시트르산의 혼합물로 작업을 하게 된다. 사용될 수 있는 방법은 선행 기술 및 당업자에게 공지된 바와 같다.
전기 도금된 외부 코팅은 순수한 니켈로 이뤄질 수 있거나, 온도 요건 및 다른 주위 요건에 따라서는 니켈 합금으로 이뤄질 수 있다; 예컨대 녹의 가장자리에 있는 관의 경우에는, 그 내마모성이 보다 더 크기 때문에 Ni-Co 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, Ni-Mo 합금, Ni-P 합금, 또는 정해진 목적의 희토류 금속을 일정 함량 함유한 합금도 역시 사용될 수 있다.
니켈 도금은 관 및 파이프 다발뿐만 아니라, 가열 코일, 핀이 달린 벽, 격막 벽 등과 같은 다른 설비 부품에서도 행해질 수 있다.
니켈 도금은 거의 응력이 없는 도금을 가능하게 하는 방법이다. 특히, 필요하다면 설비 부품을 용접에 의해 그때에 니켈 도금을 손상시킴이 없이 결합시키는 것도 가능하다.
물론, 본 발명의 특별한 장점은 보일러 구역에 요구되는 구조 부품의 내구 수명이 몇 배로 증가될 수 있으므로 다른 경우라면 불가피할 조업 중단도 현격히 줄일 수 있고, 조업 중단 시간을 계획할 수 있다는데 있다. 예컨대, 2대의 보일러(보일러당 160,000 톤)를 구비한 뤼겐베르거 댐과 같은 320,000 톤 설비의 경우에 비용 감소가 얼마나 되는지에 대해 그에 관한 경험치가 없는 이유로 직접 언급할 수는 없지만, 니켈 도금으로 인해 증가되는 비용은 2년이 지난 후에 이미 회수된 것으로 여겨진다. 그것은 8 내지 10년 이상의 내구 수명이 증대된 것에 의해 계산된 것이다.
또한, 시험 결과, 본 발명에 따른 바람직한 구조 부품이, 특히 다른 경우라면 통상적일 침전 입자가 없이 유지되거나 그러한 입자가 구조 부품에 거의 더 이상 달라붙지 않는다는 것으로 대변되는 확대된 작용을 보이는 것으로 판명되었다. 그와 같이 구현되는 특별한 작용은 전문 용어로 소위 "연꽃 효과"로 지칭되기도 한다.
게다가, 그러한 바람직한 유형의 특수 코팅에 의해, 발전소 또는 폐기물 소각 플랜트의 효율이 청결하게 보존되는 구조 부품으로 인한 우수한 열 전달에 의거하여 결정적으로 개선될 수 있는 것으로 판명되었다. 아울러, 그와 같이 개선된 효율로 인해, 전체적인 가열 동력이 감소됨으로써 환경에 해로운 CO2가스의 방출이 현격히 감소될 수 있게 된다.
Claims (4)
- 발전소 또는 폐기물 소각 플랜트의 보일러 구역용 구조 부품, 특히 강 또는 강 합금으로 이뤄진 관, 파이프 다발, 핀이 달린 벽, 및 격막 벽에 있어서,층 두께가 약 1 내지 5 ㎜, 바람직하게는 1 내지 2.5 ㎜이고 니켈 또는 니켈 합금으로 이뤄지는 전기 도금된 단일의 연속 외층을 구비하는 것을 특징으로 하는 발전소 또는 폐기물 소각 플랜트의 보일러 구역용 구조 부품.
- 제 1 항에 있어서, 외부 코팅은 Ni-Co 합금 또는 Ni-Mo 합금으로 이뤄지는 것을 특징으로 하는 발전소 또는 폐기물 소각 플랜트의 보일러 구역용 구조 부품.
- 제 1 항에 있어서, 외부 코팅은 Ni-P 합금 또는 Ni-Si-금속 합금으로 이뤄지는 것을 특징으로 하는 발전소 또는 폐기물 소각 플랜트의 보일러 구역용 구조 부품.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 전기 도금된 니켈 또는 니켈 합금제 층의 층 두께는 약 1.5 ㎜인 것을 특징으로 하는 발전소 또는 폐기물 소각 플랜트의 보일러 구역용 구조 부품.
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