[플랜트] 연소공학 #3 설비특성

공부하는 이유

앞에서 연료에 대해 공부를 했으니, 이제는 그 연료가 어떤 방식을 거쳐 연소가 되는지 알아봐야 한다.

화력발전소에는 다양한 계통이 있지만, 현재 내가 참여한 연구과제와 관련된 연소, 보일러 계통만 다루려고 한다.

먼저 각 설비들에 대해 정리하겠다.

화력발전소 기동 순서에 대하 가장 설명을 잘 해둔 자료 ➡️ 보러가기

보일러 구조 (보일러 압력부)

과열기(Superheater)

• rum이나 Seperator에서 분리된 포화증기를 열 교환을 통하여 과포화 증기로 전환 시키는 장치.
• 보일러 장치 중 가장 고온, 고압에서 운전되며 여기에 사용되는 모든 재질도 주로 고 합금강(Cr-Mo-Ni강) 이 사용됨

[온도에 따른 분류]

1. 1차 과열기 (Primary Superheater)
   • 주로 Furnace Front 부분에 설치되며 Seperator의 포화증기가 이곳에 유입되어 서서히 열 교환을 통하여 온도를 높이는 첫번째 관문
2. 2차 과열기 (Platen Superheater)]
   • 주로 연소로 상단에 설치되어 1차 과열기를 통하여 온도 상승된 포화증기를 과포화 증기로 변환시키는 장치
   • 판형 구조로 되어있고 Tube간의 Pitch가 매우 작은 것이 특징
3. 최종 과열기 (Final Superheater)
   • 2차 과열기를 통한 과포화 증기의 온도를 최대한 높여 포화증기 속의 수분을 완전히 제거하여 Turbine을 돌리기 위한 충분한 증기 조건을 만드는 장치
   • 보일러 중 가장 고온에 노출되어 있으므로 고합금강(Cr-Ni강)을 사용 제작

재열기(Reheater)

• H.P Turbine을 작동시킨 증기는 압력 및 온도가 급격히 떨어짐
• 이와 같은 증기를 재 가열하여 L.P Turbine을 작동시키는 증기로 전환시키는 장치
• 고온에서 운전되며 Tube의 외경이 과열기, 절탄기에 비해 약간 큰 특징이 있음

[온도에 따른 분류]

1. 1차 재열기 ( Low. Temp. Reheater)
   • 주로 Backpass 증간위치에 설치되며 Turbine을 통하여 전달된 증기의 온도를 다시 상승시키는 역할
   • 압력이 급격히 떨어진 증기를 과열하는 장치이므로 Tube의 두께가 상대적으로 얇은게 특징
2. 2차 재열기 ( Final Reheater )
   • 1차 재열기를 통하여 충분히 과열된 증기가 이곳을 통하여 열 교환을 함으로써 L.P Turbine을 작동하기에 최적의 증기조건을 만드는 장치
   • 주로 연소상단에 설치

절탄기(Economizer)

• Furnace에서 열교환을 끝낸 대류열을 이용하여 보일러 내부에 공급된 물을 예열하는 장치
• 일반적으로 Backpass 하단에 위치하며, 주로 Carbon Steel을 사용하여 제작

[설치 위치에 따른 분류]

1. 1차 절탄기 (Lower Economizer )
   • Backpass 가장 하단에 설치되며 보일러에 유입되어진 물의 1차 예열장치
2. 2차 절탄기 ( Upper Economizer )
   • Backpass 하단 1차 절탄기 상단에 위치하며 1차 절탄기를 통하여 예열된 물을 2차 예열하여 Drum으로 이송하는 장치

 

연소설비(미분기)

연소장치 개요

화력발전소에서 사용되는 석탄 연료를 연소시키기 위한 설비 구성품인 저탄조(Coal Silo), 급탄기 (Coal Feeder), 미분기 (Pulverizer) , 미분탄 이송관(Coal Air Piping) 및 버너&윈드박스(Burner&Windbox)에 의해 연소에 용이한 미립자 크기의 미분탄 생산 및 화로까지 수송하기 위한 장치 및 설비로 구성되어 있음

미분기(Pulverizer)

[미분기 운전 원리]

• 운전개요
  • Raw Coal은 Center Feed Pipe를 통과하여 회전하는 Bowl로 공급
  • Coal Feed Rate는 일반적으로 Unit 상에서의 MW Demand, 석탄 품질 및 운전 중인 Pulverizer의 대수를 고려하여 Combustion Control System 에 의해 자동으로 결정됨.
  • Bowl에서는 원심력이 작용하여 석탄을 바깥쪽으로 이동시켜 Grinding Ring 위에 Coal Bed가 형성됨.
  • Coal Bed는 Journal이라 불리는 회전화는 Grinding Assembly 아래를 통과함
  • 여기에서 유압력에 의한 부하가 회전하는 Roll에 의해 석탄에 전해짐
  • 석탄은 방사상 및 원주 운동으로 인해 Bowl의 가장자리 위에 있는 분쇄된 미분탄을 Hot Air 흐름의 궤도 속으로 이송시킴
  • Pulv Hot Air의 두가지 기능
    • 석탄 건조
    • Pulv에서 Furnace로 미분탄 이송
  • Hot & Cold Air 는 Primary Air Fan 에서 공급되며, Pulv Bowl 아래의 Millside 내부로 공급되어지며, Millside에는 정압(Positive Pressure)이 걸림
  • 공기는 Millside로 공급되어 회전하는 Bowl의 외경 주위로 상승
  • Bowl에 부착되어 있는 Vane Wheel에 의해 공기흐름이 수직 방향으로 변경됨
  • Bowl의 가장자리에서 더 작고 더 가벼운 석탄 입자들은 기류 속으로 발려 들어가서 위로 올라감
  • 그 반면에 분쇄하기가 어려운 이물질은 기류에서 아래로 떨어져 Millside로 떨어짐
  • Bowl 위에서 공기와 함께 운반되어진 분쇄된 가벼운 석탄 입자들은 2단계의 선별과정 거침

미분기 (출처 : 구글, 유일테크)

그림에는 안나와 있지만, Coal Feeder를 타고 석탄이 미분기에 들어오면 Grinding Roller가 석탄을 아주 곱게 갈기 시작한다.

이때 미분기 밑에서 공기가 주입되는데 이 공기를 타고 석탄가루가 위로 올라간다. Dynamic Classifier는 선풍기를 눞혀둔 모습인데, 이 팬이 돌아가면서 덜 갈린 석탄들을 다시 밑으로 떨어트린다.

아주 작고 가볍게 갈린 석탄입자들만 이 Dynamic Classifier를 통과하여 버너로 주입이 된다.