발전소 보일러의 소개(관류 보일러)

 발전소의 효율은 사용압력과 온도를 높이면 상승한다. 관류보일러는 급수펌프로 보일러 물을 순환시키면서 효율 향상을 위해 높은 압력에서 운전된다. 임계압력 이상에서 운전되는 보일러는 모두 관류보일러를 사용한다. 관류 보일러는 절탄기, 증발관, 과열기가 하나의 긴 관으로 구성되어 있으며, 급수펌프가 공급한 물은 순차적으로 예열 후 증발하여 과열증기가 된다.

관류 보일러의 특징은 아래와 같다.

1. 급수펌프가 공급한 급수가 보일러 재순환 과정 없이 절탄기, 증발기 및 과열기로 구성된 긴 관을 1회 통과하는 동안 순차적으로 가열 후 증발 및 과열되어 순환력 및 기수분리에 문제가 없기 때문에 증기압을 순환 보일러보다 크게 하여 열효율을 증가시킬 수 있다.

2. 직경이 작은 튜브를 사용하므로 중량이 가볍고 내압 강도가 크나, 압력손실이 증대되어 급수펌프의 동력손실이 크다. 또한 노 하부의 수랭 벽은 나선형으로 설치되어 열부하를 균등하게 전달한다.

3. 보일러 보유한 물의 양이 적어 보일러의 온도변화에 대한 열 관성이 적으므로 단시간 기동 및 정지가 가능하고 부하 변동을 신속하게 할 수 있으나, 높은 수준의 제어 기술과 각종 보호장치가 필요하다.

4. 터빈을 통과한 증기를 응축시키기 위하여 복수기는 보일러 점화 전에 정상 상태로 운전되어야 하며, 터빈 바이패스 계통을 이용하여 기동 시 증기가 고압터빈을 바이패스하여 흐르므로 과열을 방지할 수 있다.

5. 운전 중 보일러 물에 포함된 고형물이나 염분 배출을 위한 Blow down이 불가능하여 보충 물의 양은 적으나 수질관리를 철저히 해야 한다.

6. 터빈 바이패스 계통을 이용하여 터빈 정지 과정 중에도 증기를 복수기로 바이패스할 수 있어서 보일러의 단독운전이 가능하다.



슐처 보일러(Sulzer Boiler)

: 표준 석탄 화력과 그 이후에 건설된 후속 호기들은 모두 임계 압력 이상의 슐처 보일러이다. 슐처 보일러는 순환 보일러에 비해 보유한 물의 양이 적어 기동 정지 시 열 손실이 적고 기동시간이 짧으며 변압 운전이 가능해서 효율이 높다. 또한 보일러를 재기동할 경우 과열기로 물이 순환하지 않기 때문에 Hot Start-up이 가능하다.

1. 기동 및 정비 그리고 저부하시(30% 이하)는 증발관 출구에 설치된 기수분리기가 기수 혼합물을 분리하며, 정상 운전할 경우 보일러 물이 증발 관에서 모두 과열증기로 변하므로 기수분리의 필요성이 없다.

2. 기수분리기 하부에 설치된 순환펌프는 포화한 물을 절탄기 입구로 재순환시킨다.

3. 기동할 때 과열기로 물이 순환되지 않으므로 Hot Start-up이 가능하며 보일러 기동시간이 단축되고 열 손실이 감소한다.

4. 부하가 30% 이하일 경우에는 강제순환 보일러이며, 30% 이상의 부하에서는 순수한 관류형 보일러가 된다.

5. 나선형 수랭 벽과 수직형 수랭 벽 사이에 설치된 중간 헤더가 이들 수랭 벽의 열응력 발생을 최소화한다.



대용량 석탄 화력 보일러(1,000MW)

: 신뢰도 높은 표준 석탄 화력의 운전 개념과 설계 사양 등은 후속 호기에도 거의 동일하게 적용되고 있으며, 설비용량과 성능이 종전보다 개선된 500MW 및 870MW급 Ultra super 임계 압력 발전소가 2000년대 이후 건설되어 운전되어 있으며 현재는 1,000MW급 대용량 석탄 화력 발전소의 운영을 추진하고 있다.

본격적인 Ultra super 임계 압력 발전 보일러인 1,000MW급 대용량 보일러는 기존 설비 대비 다음과 같은 특징들을 보인다.

1. 고온 재료 적용 확대

2. 전열 면 배치 : Single pass → Parallel pass

3. 연소방식 변화 : 코너연소방식 → 반대 연소방식

4. 재열증기 온도조절 : Tilting burner → Gas bias damper(Spray 병행)

최근 유연탄 수급 상황 및 광범위한 사용 연료 성상에 따른 혼합 연소를 고려하여 전열 면 배치 및 형태, 열부하율, 노 출구 온도 등이 충분한 설비 신뢰성 및 안정된 운전이 확보되도록 설계하였다.



연소실 증발기의 구성요소는 아래와 같다.

1. 하부 경사 수랭 벽

- 관내 유동 안정으로 관 입구에 오리피스가 불필요

- 하부 노 벽 튜브를 경사지게 배열하여 4면 노 벽을 감아올려 가는 구조이므로 수랭 벽에서 튜브 간의 열 흡수가 균등하여 인접 튜브와 온도 차가 적어 국부적 튜브 과열 방지

- 보일러 동특성이 우수하여 주파수 조절용 보일러에 많이 사용

- 유속 증가에 따른 압력 손실이 증가하고 노 벽 설계 및 건설 시공이 복잡

2. 상부 수직 수랭 벽

- 수직관 수량 증가로 관내 유속 줄여 전체 압력손실 감소

- 물의 열량이 적어 상부 연소실에 설치

3. 중간 헤더

- 수랭 벽의 열응력 발생을 최소화하며 1개 하부튜브를 4개 상부 튜브로 연결

- 상부와 하부 수랭 벽 사이에 설치하여 하부 수랭 벽 유출 유체를 상부 수랭 벽에 균등 분배하여 유량을 균등하게 하여 수직관 출구 증기온도를 균일하게 유지



터빈 By-Pass system은 터빈을 기동할 때는 보일러의 압력을 조절하고, 정상 운전할 때는 보일러의 과대 압력 상승을 방지하는 설비이다.

1. HP By-Pass(전체 부하의 100% 용량)

- 안전핀 역할 수행

- 터빈 발전기가 비상 정지할 경우 보일러 단독운전이 가능

2. LP By-Pass(전 부하의 65% 용량)

- 기동할 경우 증기 유량 확보

- 복수기 유입 증기온도 조절을 위해 Spray 계통 고장 시 복수기를 보호하기 위해 밸브를 닫음