에너지관리공단 부장 / 기술사 한 원 희

에너지관리공단부장 / 기술사 한 원 희

에너지관리 진단 사례

2005. 10.28

2

목 차목 차

◇ 열병합발전 보일러 배기가스열 회수

◇ GTG HRSG 계통 탈기기 운전압력 감압

◇ 보일러 용수 예열 ( 복수기 냉각수열 이용 )

◇ 증기보일러 배가스열회수 ( 내식성열교환기

설치 )

◇ TBN-DRIVER 운전조건 개선 or 교체

◇ Steam turbine 복수 진공도 개선

◇ 보일러 보일러 급수시스템 개선

3

열병합발전 보일러 배기가스열 회수

◇ 계통 운전현황

☞ 융그스트롬형 GAH AIR LEAK율 : 38%

414℃ 131℃(195℃)O2 2.4vol%

E/P

205℃

Stack

Boiler

ID. FAN

289℃

fule

SAH25℃41.9℃

GAH

O2 9.5vol%

TO HDR

S H/R

CBD

탈기기

BFWSt'm 3.0K

PICLIC

BFW Pump

133℃

HP H/RMS

122ata525℃

COMB. AIR

4


◇ 주요 문제점

• GAH 설계 AIR LEAK 율은 10% 정도 이나 , 노후 및

저부하 운전으로 AIR LEAK율이 38%로 매우 높음

• GAH 출구 배가스온도는 131℃(9.5 vol% O2) 이나 ,

AIR 누설이 없는 것으로 가정 한다면 실제 온도는

195℃ 로 매우 높아 열손실이 큼

5


• 배기 열손실이 과대 해짐 (GAH 냉단온도 관리효율

저하 )

• F.D FAN 의 Load 증가로 전력사용 부하 증대 .

• SAH(Steam air heater) 에서 가열된 공기 중 일부 공기

가 누설로 열손실 발생 ( 증기부하 가중 )

<GAH 공기누설 증가에 따른 문제점 >

6

◇ 착안 관점


• GAH 의 설비 노후와 구조적인 누설 증가로 폐열회수

열

교환 성능저하 현상이 심화되어 있지 않나 ,

• 공기누설이 전혀 없는 절탄기 (Economizer) 로

교체하는

방안이 배가스열을 최대한 회수 할 수 있지 않을까 .

7

◇ 개선 방향 ( 대책 )


• 공기누설이 전혀 없는 절탄기 (Economizer) 로 교체

• 전기집진기 (EP) 후단에 내식성열교환기를 별도로

추가

설치 함으로서 배가스열을 최대한 회수 ( 연소용공기

예

열 열원 )

8


◇ 개선방안

414℃

O2 2.4 %

Economizer E/P

205℃

Stack

Boiler

H/W HTR

내식성 절탄기

ID. FAN

110℃

20℃

75℃

90℃

70℃

fule

탈기기

BFWSt'm 3.0 K

PICLIC

BFW Pump

133℃

MS

HP HTR

to HDR 122 ata, 525℃

160℃

O2 2.4 %

197℃

9


◇ 개선효과

연료절감량( ㎘ / 년 )

연료절감량( ㎘ / 년 )

2,9462,946

절감예상액( 백만원 / 년 )


1,0151,015

개선 대책개선 대책

GAH→ 절탄기GAH→ 절탄기

3,4743,474 1,1971,197내식성열교환기설치

내식성열교환기설치

☞ GAH→Economizer 경우 누설방지로 SAH 증기 절감효과를 포함된 것임 (13,162 ton/ 년 )

10

GTG HRSG 계통 탈기기 감압운전

◇ 계통 운전현황 :

☞ 설계 발전출력 : 42.2MW

G

S.H2 S.H1 EVA ECOPREHEATER

BUNNER

A

AIR

Fuel C3/C4LP

G

Gas Turbine

Demi.Water

L.S(4.5k)

3.9t/h

B.F.P

H.S Header

By pass Stack

170℃

HRSG STACKC9+

25.3℃

112℃

3.96ata

탈기기

38.32MW

69.8t/h, 41k, 364℃

11


◇ 설계조건의 운전조건과 비교

구분 설계 정격운전 현재 운전상태

GTG 출력 (MW) 42.2 38.3

HS 증기발생량 (t/h) 76.8 69.8

탈기기 공급 LS량 (t/h) 2.6 3.9

탈기기 압력 (ata) 3.7 4

배가스온도 (℃) 149.3 170

12


• HRSG 최종 배가스 (Exh.Gas) 온도는 170℃(100%

부하

시 174.5℃) 로서 설계 정격운전 조건보다 약 20℃

이상

높게 배출되고 있음

• HRSG 최종단 열교환기인 Preheater( 절탄기 ) 에서

Heat-Duty 가 저하 되어 탈기기에서 증기사용 부하가

증대되고 있음 ( 설계 2.6t/h, 현재 3.9t/h)


13

◇ 착안 관점

• 최종 배가스온도를 설계조건 이하로 배출되도록

개선방

안을 강구할 필요가 있지 않는가

• 특히 , 사용연료 특성 상 배가스 성분 중 부식을

유발하

는 산가스 (SOX) 가 거의 무시할 정도로 없어 HRSG 의

배가스열을 추가로 회수 할 여지는 충분히 있지 않는가


14

◇ 개선 방향 ( 대책 )

• HRSG 탈기기 감압운전 (1 안 )

HRSG 설비의 운전조건을 변경하여 ( 탈기기 압력 감압 ) 절탄기 (Economizer) 의 열교환 능력을 향상시켜 배가스 온도를 낮추는 방안

• HRSG 배기가스 덕트 또는 Stack 에 열교환기 신설 (2

안 )HRSG 의 연도 또는 Stack 에 별도의 열교환기를 삽입하여 배가스열을 추가회수 함으로써 배가스 온도를 최대한 낮추는 방안 .


15

◇ 개선방안 (1 안 : HRSG 탈기기 감압운전 )

GS.H2 S.H1 EVA ECO

PREHEATER

BUNNER

A

AIR

Fuel C3/C4LP

G

Gas Turbine

Demi.Water

L.S(4.5k)

1.8t/h

BFP

H.S Header

By pass Stack

165℃

HRSG STACKC9+

25.3℃, 73t/h

106℃

2.0ata

탈기기

44.79MW43.9ata122.4℃74.7t/h

☞ THERMOFLEX 프로그램을 이용한 시뮬레이션 실시 결과


74t/h

16


◇ THERMOFLEX 프로그램을 이용한 시뮬레이션 실시

• GTG ,HRSG 설계 운전조건 (42.2MW) 모사 모델 작성

• GTG, HRSG 현제 운전조건 (38.32MW) 모사 모델 작성

• GTG , HRSG 향후 가동 설계부하 조건으로 개선시의

예상 운전상태 시뮬레에션 (38.32MW → 44.79MW)

• 탈기기 감압운전 할 경우 (3.96ata → 2ata) 예상되는

운전상태 시뮬레이션 (100% 부하 44.79MW 출력

기준 )

17


GTG ,HRSG 설계 운전조건 (42.2MW) 모사 모델 ( 기준 )

Q+

2

3

4

2 3

4

DT

GT exh

S,H2S,H1EVAP ECOIP FW

IP FW

Preheater

Stack

43 380

76.75

1.033 20

502.5 -1.214

21.1 260

13.86 698.7

1.053 546.8

527.4 138.3

ata °

ton/h kcal/kg

ata °

ton/h kcal/kg

1.033 151.2

527.4 32.11

3.7 15.7

76.37 15.82

43 380

76.75 755.8

4

1

2

3

5

15

17GE 6581B

6

198

109

121314

18

227

16

7

1

2

3

4

5

6

8

19

2123 10

20

11

14

15

16

17

18

25

9

13

THERMOFLEX Version 12.0 Revision 3 ? ? ?1423 File = D:\? ? ? \? ? ? ? \2004\? ? ? ? ? ? \Thermoflex\? ? ? 2\gtg\1 gtg2 ? ? .tfx 2

ata °

ton/h kcal/kg

527.4

1.03

32.11

151527.4

1.03

32.11

151

2.64.5 190

2.64.5 190

18


GTG, HRSG 현제 운전조건 (38.32MW) 모사 모델

2

3

4

3

4

GT exh

S,H2S,H1EVAP ECO

Preheater

Stack

10.5 25.3

66.6 25.55

ata °

ton/h kcal/kg

43.95 145.1

70.5 146.5

1.052 522

512.9

1.034 214

512.9

41.2 363.7

69.8

1.033 170

512.9

10.5 111.7

66.6

3.96 142.6

70.5

4.5 190

3.896

1.033 9.8

471.71.052 550.8

512.9

4

1

2

3

6

10

1213

9

14

7

16

7

1

2

3

4

5

6

14

15

16

17

11

18

9

13

THERMOFLEX Version 12.0 Revision 3 ? ? ?1423 File = D:\? ? ? \? ? ? ? \2004\? ? ? ? ? ? \Thermoflex\? ? ? 2\gtg\? \2 gtg2? ? ? ? ? ? 38.3mw.t ata °

ton/h kcal/kg

512.9

1.03

36.81

170

3.8964.5 190

2

3

4

3

4

GT exh

S,H2S,H1EVAP ECO

Preheater

Stack

10.5 25.3

66.6 25.55

ata °

ton/h kcal/kg

43.95 145.1

70.5 146.5

1.052 522

512.9

1.034 214

512.9

41.2 363.7

69.8

1.033 170

512.9

10.5 111.7

66.6

3.96 142.6

70.5

4.5 190

3.896

1.033 9.8

471.71.052 550.8

512.9

4

1

2

3

6

10

1213

9

14

7

16

7

1

2

3

4

5

6

14

15

16

17

11

18

9

13

THERMOFLEX Version 12.0 Revision 3 ? ? ?1423 File = D:\? ? ? \? ? ? ? \2004\? ? ? ? ? ? \Thermoflex\? ? ? 2\gtg\? \2 gtg2? ? ? ? ? ? 38.3mw.t ata °

ton/h kcal/kg

512.9

1.03

36.81

170512.9

1.03

36.81

170

3.8964.5 190

19


GTG HRSG 설계 운전부하 변화시 (38.32MW → 44.79MW)

2

3

4

3

4

GT exh

S,H2S,H1EVAP ECO

Preheater

Stack

10.5 25.3

70.8 25.55

ata °

ton/h kcal/kg

44.57 145

74.74 146.5

1.056 511.9

568.6

1.034 217.8

568.6

41.2 358.5

74

1.033 174.8

568.6

10.5 113.3

70.8

3.96 142.6

74.74

4.5 190

3.934

1.033 9.8

524.51.056 540.7

568.6

G144,789 kWe

4

1

2

3

6

10

1213

9

14

7

16

7

1

2

3

4

5

6

14

15

16

17

11

18

9

13

THERMOFLEX Version 12.0 Revision 3 ? ? ?1423 File = D:\? ? ? \? ? ? ? \2004\? ? ? ? ? ? \Thermoflex\? ? ? 2\gtg\? \3 gtg2? ? ? ? ? 100%? ? ? ? hrsg ata °

ton/h kcal/kg

568.6

1.03

37.58

174.9

3.9344.5 190

74.74

3.96 142.6

2

3

4

3

4

GT exh

S,H2S,H1EVAP ECO

Preheater

Stack

10.5 25.3

70.8 25.55

ata °

ton/h kcal/kg

44.57 145

74.74 146.5

1.056 511.9

568.6

1.034 217.8

568.6

41.2 358.5

74

1.033 174.8

568.6

10.5 113.3

70.8

3.96 142.6

74.74

4.5 190

3.934

1.033 9.8

524.51.056 540.7

568.6

G144,789 kWe

4

1

2

3

6

10

1213

9

14

7

16

7

1

2

3

4

5

6

14

15

16

17

11

18

9

13

THERMOFLEX Version 12.0 Revision 3 ? ? ?1423 File = D:\? ? ? \? ? ? ? \2004\? ? ? ? ? ? \Thermoflex\? ? ? 2\gtg\? \3 gtg2? ? ? ? ? 100%? ? ? ? hrsg ata °

ton/h kcal/kg

568.6

1.03

37.58

174.9568.6

1.03

37.58

174.9

3.9344.5 190

74.74

3.96 142.6

20


탈기기 감압운전 SIMULATION 결과 (3.96ata → 2ata)

2

3

4

3

4

G T e x h

S , H 2S , H 1E V A P E C O

P r e h e a t e r

S t a c k

10.5 25.3

72.93 25.55

ata °

ton/h kcal/kg

43.93 122.4

74.74 123.5

1.056 511.9

568.6

1.034 206

568.6

41.2 358 .5

74

1.033 165.1

568.6

10.5 106.2

72.93

2.025 120

74.74

4.5 190

1.804

1.033 9.8

524.51.056 540.7

568.6

G144,790 kWe

4

1

2

3

6

10

1213

9

14

7

16

7

1

2

3

4

5

6

14

15

16

17

11

18

9

13

THERM OFLEX Version 12.0 Revision 3 ? ? ?1423 F ile = D :\? ? ? \? ? ? ? \2004\? ? ? ? ? ? \Thermoflex\? ? ? 2\g tg \? \? ? ? ? ? ? ? . ata °

ton/h kcal/kg

274.74

120

1.03

568.6

165.1

4.5

1.8190

2

3

4

3

4

G T e x h

S , H 2S , H 1E V A P E C O

P r e h e a t e r

S t a c k

10.5 25.3

72.93 25.55

ata °

ton/h kcal/kg

43.93 122.4

74.74 123.5

1.056 511.9

568.6

1.034 206

568.6

41.2 358 .5

74

1.033 165.1

568.6

10.5 106.2

72.93

2.025 120

74.74

4.5 190

1.804

1.033 9.8

524.51.056 540.7

568.6

G144,790 kWe

4

1

2

3

6

10

1213

9

14

7

16

7

1

2

3

4

5

6

14

15

16

17

11

18

9

13

THERM OFLEX Version 12.0 Revision 3 ? ? ?1423 F ile = D :\? ? ? \? ? ? ? \2004\? ? ? ? ? ? \Thermoflex\? ? ? 2\g tg \? \? ? ? ? ? ? ? . ata °

ton/h kcal/kg

274.74

120

1.03

568.6

165.1

4.5

1.8190

21

◇ 개선효과

연료절감량(toe/ 년 )


1,1961,196



478478


감압운전 (1 안 )감압운전 (1 안 )

☞ 2 안 방안 ( 배가스 열교환기 추가 설치 ) 은 에너지절감

효과는 매우 크나 ( 24 억 , 130℃) 설치공간 확보 곤란

으로 추진하는데 현실적인 어려움이 있음


▣

22

보일러 용수 예열 ( 복수기 냉각수열 이용 )

◇ 공장 전체 수처리 시스템 공정

일부 여과수 , 순수를 사용업체 (End user) 공급 초순수 제조과정을 거친 초순수는 보일러 급수용 공급

낙동강원수 여과 여과수

저장조순수제조

순수저장조

초순수제조

초순수저장조

업체공급

업체공급

기타소비

기타소비

보일러세척수회수량

A공장응축수

(1)

업체공급

A공장응축수

(2)

23

◇ 터빈복수 냉각수 및 여과수 온도 PROFILE

터빈복수기별 냉각수유량 3000~ 4000㎥ /h, 냉각수온도 36.6℃(ave) 초순수용 여과수량 330㎥ /h, 여과수 평균온도 15.4℃(4.9 ~24.8℃) ( 복수 냉각수 환수온도와는 약 20.2℃ 정도 온도차 있음 )


Profile터빈복수 냉각수 및 여과수 온도

0

10

20

30

40

50

1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월 평균

(℃)

온도

여과수 #4 CWR #5 CWR

24

◇ 착안 관점

• 여과수의 공급온도를 올리면 결국 초순수온도가 높아져

탈기

기계통으로 공급하는 과정 중에 저온급수가열기에서

증기사

용 부하를 줄일 수 있지 않는가

• 터빈 복수기의 냉각수온도가 여과수 ( 원수 ) 온도보다 약 2

0℃

이상 높으므로 이를 열원으로 활용하면 여과수 온도를 올릴

수 있는 여지는 충분히 있지 않는가


25

◇ 개선방안 ( 보일러 급수용 여과수를 터빈 복수기 출구냉각수로 승온 )


A공장응축수 1

#1∼ #3

MBP

업체공급

#1,2,3PLT

#2공장 C/T

CONDENSER / 복수기.

19.2 ℃(15.8℃) 215.3t/h

31.4 ℃

33.4 ℃

B공장

응축

수2

35.1 ℃(18.5 ℃)

3,000 ~4000㎥/h36.4 ℃

250㎥/h36.4 ℃

신설열교환기

#1~#8WTE

45 ℃, 59.5t/h

85 ℃ 21.5t/h

31.4 ℃ 215.3t/h

여과수

업체공급

641.2㎥/h

293.1㎥/h

1171.3㎥/h

28.5 ℃

36.3 ℃ 236.8t/h

낙동강 원수

순수TK

초순수TK

26

◇ 개선효과

증기절감량(ton/ 년 )

증기절감량(ton/ 년 )

43,13443,134



692692



복수기 냉각수열회수복수기 냉각수열회수

☞ 복수기 냉각열을 회수 이용에 따른 C/T 냉각부하 감소 (3.25 Gcal/hr) 로 냉각수순환계통에서 전력절감 효과도 기대 됨

27

◇ 배기스계통 운전현황

보일러 배가스열회수 ( 내식성열교환기 설치 )

5.7 O2%

E/P

Stack

A BLR(200t/h)

226℃

B-C유

SAH

35℃84℃

GAH

TO HDR

F.D FAN

160℃

탈황설비(FGD)

From 탈기기

ECONOMIZER

165℃301℃

BFW

195℃ 155℃

COMB. AIR

28


◇ 월별 GAH 출구측 배가스온도 현황

보일러별 배가스온도 변화 추이

100110120130140150160170180190

1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월

(℃)

온도

A- BLR B- BLR C- BLR D- BLR

GAH 냉단온도 관리로 GAH 출구측 배가스온도는 거의 일정하며 , 년평균 배가스온도는 168℃(A, B 보일러 ) 정도 됨

B-C 유 BLR

유연탄 BLR

29

유연탄을 연료로 사용하는 기력력발전소 보일러의 월별 배가스 온도 Profile 을 나타낸 것으로 계절별로 온도변화 폭이 큼


GAH Gas 의 공기공급온도에 따른 배출온도 변화

115

120

125

130

135

140

145

0408 0409 0410 0411 0412 0501 0502 0503 0504 0505 0506 0507

(℃)온도

5

10

15

20

25

30

35(℃)온도

Outlet Gas Temp(℃)

Inlet Air Temp(℃)

30


• 탈황설비 입구 배가스온도 (160℃) 를 다량의 냉각수로

90℃ 이하로 낮추어야 하기 때문에 냉각 열손실이 과다함

• 보일러 보충용수 온도가 40℃ 정도로 낮아 탈기기에서

증기 사용부하를 가중시키는 요인이 됨


31

◇ 착안 관점

• A~B-BLR 의 탈황설비 공급 배가스온도를 냉각수로 냉각하지

않고 , 다른 방법으로 냉각열를 회수 이용할 수 있다면 에너지

절감과 탈황설비에서 냉각 부하 감소로 용수 , 약품비 등 부대

적인 효과도 기대할 수 있지 않을까

• FGD 배가스 공급계통에 내식성 재질의 급수가열기를 설치하

는 방안으로 개선하면 추가로 열회수가 가능하지 않을까


32

◇ 개선방안 ( 내식성 절탄기를 설치하여 보일러용 용수 예열 )

☞ 국내 5개 사업장에 내식성열교환기 설치 운용 중


5.7 O2%

E/P

Stack

#9 BLR(200t/h)

226℃

B-C유

SAH

35℃84℃

GAH

TO HDR

F.D FAN

160℃

탈황설비(FGD)

to LP HEATER77℃

급수(From 급수탱크)90t/h,46℃(40℃)

내식성열교환기

100℃

From 탈기기

ECONOMIZER

165℃301℃

BFW

195℃ 155℃

33

◇ 개선효과



30,26030,260



360360

☞ 탈황설비 입구온도가 낮아져 냉각탑의 냉각부하 감소 및 약품비 절감 등 부대적인 효과 예상

▣


보일러보일러

A-BLRA-BLR

33,83333,833 402402B-BLRB-BLR

34

TBN-DRIVER 운전조건 개선 or 교체

◇ 현재 운전현황

15.4 269.4

24.88 709.11.364 133

24.88 654.3

ata ¡Æ

ton/h kcal/kg

4.5 40.93

1525.1 41.01

4.5 32

1525.1 32.1

1.364 108

24.88 108.1

0.3 30

6800 30.02

4.9 30.08

6800 30.2

1 6

7

8

2

11

123

1

2

8

9

10

113

THERMOFLEX Version 12.0 Revision 3 ÁÖ ¿¡³ÊÁ1423 File = D:\ÁÖµ¿Çö\È °øÁø´Ü\2004\È£³²¼®À¯È ÇÐ\Thermoflex\ÁÖµ¿Çö2\ÅÍºóµå¶óÀÌ¹ö\GAT13AB(TBN-DRIVER)¿îÀüÇöÈ² ata ¡Æ

ton/h kcal/kg

24.8816.4 269.4

709.1 24.881.364

654.3

133

1,5254.0

32.1

32

6,8004.9 30.0

30.2

24.881.364 108

108.1

• 냉각수 펌프로써 2T1M 으로 구성되어 있고 , 2T 를 주 가동기기

로 1M 은 예비 또는 비상용으로 운용하고 있음 ( 하절기 2T, 기타

1T)

☞ 터빈 축동력 : 1,587kW ( 설계조건: 1,429kW)

35

◇ TBN-DRIVER 의 설계 및 실제 운전상태 비교

구분 설계 운전현황

INLETSTEA

M

유량 (t/h) 19.5 24.9

압력 (ata) 16.5 16.4

온도 (℃) 271 270

EXH.STEA

M

압력 (ata) 1.0 1.4

온도 (℃) 114.2 125(133)


36


• 설계조건보다 복수압력 조건과 단열효율이 악화로 터빈의

열낙차가 저하되어 (약 13%) 터빈 증기공급량 증가의 주

요인

으로 작용

• 터빈 복수기 냉각수 공급조건을 냉각탑 냉각수로 하지 않

고 ,

공정용으로 1차 사용한 냉각수 (CWI: 38℃) 를 공급조건으로

하여 복수압력을 대기압 이상으로 높게 설계됨으로써 터빈의

공급증기가 구조적으로 많이 소요될 수 밖에 없게 되어 있음


37

◇ 착안 관점

• 복수 증기터빈의 복수기 압력이 높으면 열낙차가 작게 형성

되어 동일 축동력을 내기 위해서는 구조적으로 터빈의 공급

증기량이 가중될 수 밖에 없지 않는가

• 현재 , 복수기의 대기압 압력조건을 진공압력 조건으로

개선

하여 운전하면 터빈 공급증기를 절감할 수 있지 않을까


38

◇ 개선 방향

< 검토 방안 >

•1 안 : 진공복수 발전 터빈 개조 (AC→VC) TBN 본체 교체 , 복수기 진공 시스템 보완 , 냉각수펌프 신설• 2 안 : 기존 설비 복수 운전 최적화 , 진공 시스템 보완 진공시스템 보완 , 냉각수 공급조건 개선 , 냉각수 펌프 신설• 3 안 : AC 증기열 직접회수 이용방안 검토 TBN Exh. 증기 응축열 회수 이용 ( 보일러수 예열열원 활용 )• 4 안 : TBN-DRIVER 가동 금지 ( 비상용 Motor 펌프로 대체 가동 )


39

< 개선 추진 시나리오 >

• 상기 검토 방안 중 1 안과 2 안이 가장 현실적인 검토방안 임 • 단기적으로는 2 안 방안“기존 설비 복수 운전 최적화 , 진공 시스템 보완”으로 우선 추진하고 ,

• 1 안 방안 “진공복수 발전 터빈 개조 (AC→VC)” 가 근본적인 개선대안이므로 중 장기적으로 추진


40

◇ 개선방안 -1 : 2 안 기존설비 복수계통 운전조건 최적화 (AC→VC 운전 )

◆ TBN Exh. Steam 운전압력 개선 (AC→VC)

1. 냉각수 용수원 변경 (CWI → CWS)

15.4 269.4

21.23 709.10.8166 110.6

21.23 644.9

ata ¡Æ

ton/h kcal/kg

4.5 34.7

1525.1 34.8

4.5 27

1525.1 27.12

0.8166 93.54

21.23 93.59

0.3 30

6800 30.02

4.9 30.08

6800 30.2

1 6

7

8

2

11

123

1

2

8

9

10

113

THERMOFLEX Version 12.0 Revision 3 ÁÖ ¿¡³ÊÁ1423 File = D:\ÁÖµ¿Çö\È °øÁø´Ü\2004\È£³²¼®À¯È ÇÐ\Thermoflex\ÁÖµ¿Çö2\ÅÍºóµå¶óÀÌ¹ö\GAT13AB(TBN-DRIVER)¿Âµµ27. ata ¡Æ

ton/h kcal/kg

21.23

16.4 269.4

709.1 21.23

0.817644.9

110.6

※ TBN inlet 스팀 : 24.9t/h → 21.2t/h.

1,525

4.0

27.12

27

1587kW

※ 냉각열량 : 13.6 Gcal → 11.7 G cal


41


◇ 개선방안 -1 : 2 안 기존설비 복수계통 운전조건 최적화 (AC→VC 운전 )

◆TBN Exh, steam 운전 압력 개선 (AC→VC)2. 냉각수 공급유량 증대 ( 1,525 t/h → 1,804 t/h )

15.4 269.4

19.13 709.10.5295 93.91

19.13 637.8

ata ¡Æ

ton/h kcal/kg

4.5 32.91

1803.5 33.01

4.5 27

1803.5 27.12

0.5295 82.29

19.13 82.29

0.3 30

6800 30.02

4.9 30.08

6800 30.2

1 6

7

8

2

11

123

1

2

8

9

10

113

THERMOFLEX Version 12.0 Revision 3 ¾ç ¿¡1000 File = D:\¾çÁ¤ÈÆ\2004\È£³²¼®À¯È ÇÐ\°³¼±¾È\4 GAT13AB À¯·®º¯È ÇÏ¿© ac-vc·Î macro.tfx 2004-02-20 14:15 ata ¡Æ

ton/h kcal/kg

19.13

16.4 269.4

709.1 19.130.53

637.8

93.91

1,804

4.0

27.12

27

※ TBN inlet 스팀 21.2t/h → 19.1t/h

1587kW

※ 냉각열량 : 11.7 Gcal→ 10.6 Gcal

42


15.4 269.4

14.7 709.10.3819 74.31

14.7 616.3

ata ¡Æ

ton/h kcal/kg

4.5 32.24

1525.1 32.34

4.5 27

1525.1 27.12

0.3819 74.31

14.7 74.29

0.3 30

6752 30.02

4.9 30.08

6752 30.2

1 6

7

8

2

11

123

1

2

8

9

10

113

THERMOFLEX Version 12.0 Revision 3 ÁÖ ¿¡³ÊÁ1423 File = D:\ÁÖµ¿Çö\È °øÁø´Ü\2004\È£³²¼®À¯È ÇÐ\Thermoflex\ÁÖµ¿Çö2\ÅÍºóµå¶óÀÌ¹ö\6 GAT13AB ¿îÀüÇöÈ²¿¡¼ ´ºÅÍºó¼ ata ¡Æ

ton/h kcal/kg

◇ 개선방안 -2 : 1 안 VC 형 TBN-DRIVER 로 교체

※ TBN inlet 스팀 24.9 t/h → 14.6 t/h

14.7

16.4 269.4

709.1 14.7

0.382 74.31

616.3

1587kW

1525.1

4.0 27

※ 냉각열량 : 13.6 Gcal → 8 Gcal

43

◇ 개선효과



1,8241,824

냉각부하 감소(Gcal/h)

냉각부하 감소(Gcal/h)

1.91.9



729729


① CWI→ CWS① CWI→ CWS

2,6952,695 3.03.01,0761,076② CWS 유량 증대② CWS 유량 증대

4,6664,666 5.65.61,8631,863③ 터빈 신규 교체③ 터빈 신규 교체


44

◇ 증기터빈 복수압력 운전현황• 복수압력 설계조건 : #4 T/G 684mmhg, #5 T/G 693mmhg

• 진단 당시 복수압력 : #4 T/G 647mmhg, #5 T/G

686mmhg

580

600

620

640

660

680

700

720

740

(1999. 1 ~ 2001.4)월별

(mm

Hg)

진공

도

2 #4 T/ G공장3 #5 T/ G공장

Steam turbine 복수 진공도 개선

45


• #4호 STG 경우 외기온도 조건과 무관하게 1월 부터

경시적으로 진공도가 현저히 저하되고 있음

• 진단 시 #4 T/G 복수기의 Exhaust Steam 의 압력은

0.15ata(56.4℃) 로 설계조건 (0.1 ata, 45.5℃) 보다

악화된 상태로 운전되고 있음


46

◇ 착안 관점

• 복수기의 진공도가 저하될 경우 Exhaust Steam 의 보유

엔탈피가 증가 함에 따라 발전손실 및 복수기 냉각부하

증가는 필연적이지 않는가

• 복수기의 진공압력 조건을 개선하면 열낙차 증가로

발전

출력을 향상 시킬 수 있지 않는가


47

◇ 일반적인 복수기 진공도 저하 요인

• 외부에서의 공기 유입 ,

• 냉각수 튜브 내면 오염

• 공기추출기 ( 진공펌프 , 에젝터 ) 성능 저하

• 복수기 수실 상부 공기 누적

• 냉각수 온도 이상 상승 , 냉각수 부족 등


48

◇ #4 STG 진공도 저하 주요 요인 ( 의심 )

• 외부에서의 공기 유입 , • 그랜드 팩킹 등 실링상태 불량• 공기추출기 ( 진공펌프 ) 성능 저하• 복수기 수실 상부 공기 누적 • 냉각수 튜브 내면 오염 등

☞ 실측한 결과 냉각수의 유량과 온도는 각각 3,283t/h, 27℃→ 36℃

로 설계조건 (3,095.3t/h, 30℃ → 40℃) 를 충족하고 있고 , 열교환기 전열성능을 분석결과 냉각수 부족과 냉각수온도 이상 상승 등의 요인은 아닌 것으로 판단 됨


49

◇ 개선대책 ( 점검대상 )

• 복수기 연결 / 체결 부위 실링 강화

• 진공펌프 성능 재검토

• 복수기 수실 (WaterBox) Air Venting

• 냉각수 튜브 내면 오염상태 등

☞


50

◇ 타 기력발전소 복수기 진공도 운전현황 ( 참고자료 )

690

700

710

720

730

740

750

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0

펌프2대가동

펌프3대가동

펌프4대가동

Choke Point(491.4MW부하시)

펌프2대가동

4펌프 대가동

3펌프 대가동

ㆍ동절기 과진공 운전과 하절기 일부 운전 조건를 제외하고는 대체로 양호한 상태로 운전


51

Steam turbine 복수 진공도 개선 ◇ 개선효과

구 분 단 위 현 재 개 선 후복수기 진공도 mmHg 647 701

Exhaust

Steam

온도 ℃ 54 41

엔탈피 kcal/kg 578 583

복수량 ton/h 60 60

복수 열낙차 증가분 kcal/kg - 15.3복수발전 증가분 kW - 1,086

복수발전 증가량 MWh/ 년 - 8,200절감금액 백만원 / 년 - 386

▣

52

보일러 보일러 급수시스템 개선

◇ 계통 운전현황

주암댐

Polisher

고온 응축수(BTX,MTBE)84.8 t/h , 129.3 ℃

DeminerizedWater Tank

426.6t/h 39.0℃

PolishedWater Tank

Filtered Water Pond 3B4T

14.8℃

NCC 등141.6t/h

SM SW41.7℃

SAH, HPH 응축수47.8 t/h

탈기기133℃

3.0ata

BLR

LS스팀: 31.9 t/h

Filter

Flush Drum

Vent Condenser

S.C Recovery Tank

저온응축수 : 79 t/h,65.4℃ STG 복수 : 27.1 t/h,37.1℃

24.3℃

278.2t/h, 39.0℃

47.6℃

84.8t/h 58.3℃

278.2t/h 60.4℃

190.9t/h 58.5℃

SM 6.1t/h

CW

53

◇ 고온 응축수 수질 분석 결과 및 회수 현황


구분 PH전도도 mho

Feppm

SiO2ppm

SSppm

응축수량 ( ㎥ /

h)온도 (℃)

BTX8.6

1.3 0.05 0.04 0.1 46.3 125

MTBE8.9

1.8 0.06 0.00 - 38.5 134.5

YSP8.5

1.4 0.05 0.05 - 19 84.2

#3NCC

9.0

2.3 0.06 0.02 - 18.5 83.7

• 응축수 수질 중에서 SiO2 를 0.02ppm 이내로 관리

하고 있으며 , BTX 와 YSP 의 응축수가 기준치를 초과

54


• R.W 가 평균 266㎥ /h 이고 , 온도는 3℃ ~ 25℃

내외로 낮

아 탈기기에서 증기사용 부하를 가중시키고 있음

• 고온의 응축수를 온도차가 큰 저온의 PW 를 예열하는

열

원으로 사용하는 등 합리적인 열교환 망으로 계통

구성이

되어 있지 않음


55

◇ 착안 관점

• 고온 응축수열의 회수방법을 개선하면 탈기기에 공급되는

용수온도를 좀더 상승 시킬 수 있지 않을까

(응축수 직접회수 , VENT 열 회수 강화 등 )

• PW 공급온도를 올리는 방안으로서 고온인 공정 냉각수열을

활용하면 PW 온도를 더욱 올릴 수 있지 않을까


56

◇ 개선 방안


저온 COND DW

탈기기

고온수COND Filterflash TK

MTBE#3 NCC

BTX

YSP

복수

취수장

SM

1K

St'm 3.5K

#1 NCC COND.

Polisher tower

TK

BFW TK USER

USER

QW

85℃

70℃

75℃

신설 열교환기

#1NCC PLT

266㎥/h25℃

304㎥/h28℃

133℃

122.3㎥/h115.4℃

ㆍ #1NCC 공장의 QW 냉각열을 이용하여 PW 를 예열열원으로 회수 하고 , 각 공장의 고온 응축수는 고온수용 Condensate Filter 를 거쳐 탈기기로 직접회수

57

◇ 개선효과



6,0066,006



2,1012,101


QW 냉각열 ,고온응축수 직접회수

QW 냉각열 ,고온응축수 직접회수


58

감사 합니다

연락처 : 기술컨설팅사업단 한 원희 부장

031- 260- 4492, 016-759-4912 [email protected]

59

참고 자료

융그스트롬형 열교환기 구조도

융그스트롬형 GAH AIR LEAK 율 ( 설계 )

내식성 열교환기 국내 설치사례 소개내식성 열교환기 국내 설치사례 소개

TBN-DRIVER 설계 운전조건

진공도 저하 원인 및 대책진공도 저하 원인 및 대책

60

융그스트롬형 GAH 구조도

61

융그스트롬형 GAH AIR LEAK 율 ( 설계 )

공기예열기 부하율 대비 공기누설율

0%

5%

10%

15%

20%

25%

0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%

(%)부하율

(%)누설율

H사 HI사 S사 평균치

☜

62

융그스트롬형 GAH 누설 종류 및 원인

◇ 누설 종류 반일누설 : Roter 의 회전에 따라 Roter 에 잔존해 있는 유체가 다른 유체로 혼입되는 누설 (Enertained Leakage) 직접누설 : 열교환 되는 양 유체의 압력차에 의해 회전체 Roter 와 외곽구조물 Casing 간에 설치된 각 Seal 장치를 통하여 고압측유체 ( 연소용공기 ) 가 저압축 유체 (배기가스 ) 로 유입되는 누설 (Direct Leakage), (70% ~80% 차지 )

◇ 누설 원인 설계온도 조건과 실제 운전온도 조건과의 차이에 의한 Hot 상태에 서의 Seal 간격 과대 설계 열 변형량 과 실제 열 변형량의 차이 발생에 따른 간격 증가 Seal plate 및 대응면의 부식 , 열변형 마모 , Seal plate 탈락 등 간격 증가

☜

63

업체명 대상설비 사용연료배가스온도 (℃)

설치 위치 회수 방법개선전 개선후

영남화력보일러(700t/

h×2)오리멀죤 150 105 FGD 입구 백연방지

열원

오산에너지보일러(155t/

h×1)

고유황B-C유 160 110 FGD 입구 급수 예열

삼양제넥스 보일러(60t/h×1)

유연탄 170 140 EP 출구 급수 예열

신동에너지보일러(160t/

h×2)

고유황B-C유 158 100 FGD 입구 급수 예열

백연방지

금호석유발전소

소각보일러(60t/h×2)

공정Tail

gas210 140 로 출구 급수 예열

내식성 열교환기 국내 설치사례 내식성 열교환기 국내 설치사례 소개 소개

※ 평택화력에서 배가스열을 백연방지 가열열원으로 회수하기 위해 ‘04 년에 3 기를 도입 하였음 ☜

64

내식성 열교환기 구조내식성 열교환기 구조☜

65


GAT ¼³°è

16.5 271

19.48 709.11 114.2

19.48 646.1

ata ¡Æ

ton/h kcal/kg

4.5 45

1525.1 45.08

4.5 38

1525.1 38.09

1 99.09

19.48 99.17

0.3 30

6642 30.02

4.9 30.07

6642 30.19

1 6

7

8

2

11

123

1

2

8

9

10

113

THERMOFLEX Version 12.0 Revision 3 ÁÖ ¿¡³ÊÁ1423 File = D:\ÁÖµ¿Çö\È °øÁø´Ü\2004\È£³²¼®À¯È ÇÐ\Thermoflex\ÁÖµ¿Çö2\ÅÍºóµå¶óÀÌ¹ö\GAT13AB(TBN-DRIVER)¼³°èµðÀÚ ata ¡Æ

ton/h kcal/kg

◇ 설계 운전조건

19.48

16.5 271

709.1 19.48

1646.1

114.2

1,525

4.0

38.09

38

1429KW

※ 냉각열량 : 10.7 Gcal/h

☜

66

진공도 저하 원인 및 대책 진공도 저하 원인 및 대책

◇ 저하 요인

외부에서 공기유입

튜브 내면 오염

냉각수량 부족

공기추출기 성능 저하

수실 상부에 공기 누적

복수펌프 성능 저하

냉각수 온도 이상 상승

67


1. 외부에서 공기 누입

저압터빈 케이싱 연결부 , 맨홀 , 복수기 연결부 , 대기방출장치 , 밀봉수 밸브 , 복수펌프 흡입측 등에서 공기 누입

<현상 > 공기 유입량이 소량일 경우는 진공도가 서서히 저하 복수기 내의 공기분압이 크게 되어 복수온도가 진공 상당 포화온 도보다 저하

<점검 및 대책 > 터빈의 밀봉증기 계통 점검 , 각종 밸브의 밀봉수 주입 상태 점검 복수기로 연결되어 있는 각종 배관의 누설 여부 점검 누입 부위는 조임 , 패킹 교체 등 절절한 조치

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<공기 누입부 찾는 방법 >

물을 채우는 방법

정지시 복수기 내부에 물을 채워 누설개소를 점검하는 방법

헬륨 가스에 의한 방법

운전 중 진공이 걸리는 각 부위 , 의심나는 곳에 헬륨가스를 뿌림 .

만약 헬륨 등 가스가 누입이 되면 복수기로 들어간 가스는 추출기

방출관에 설치한 가스 탐지기로 검출하여 공기 누입 여부를 확인


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2. 튜브 내면 오염

<현상 >

진공도 저하가 완만하게 일어 남

복수조 복수온도와 냉각수 출구온도와의 온도차가 커지고 튜브

내 손실수두 증가로 순환수 펌프 출구측 압력이 증가

<점검 및 대책 >

주기적으로 스폰지 볼 세정 장치 운전

오염된 튜브 측의 순환수 펌프를 정지하여 튜브 Air Blowing

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3. 냉각수 부족<현상 >

복수기 출구 냉각수 온도가 상승


이동 스크린 고장 또는 오물 누적으로 순환수 펌프에 흡입수량

부족

및 공동현상이 발생할 수 있으므로 즉시 스크린 정비 및 오물을

제거

데브리스 필터가 막혀 다음과 같은 현상이 발생시 즉시 청소

- 필터 출구압력 상승 , 전후 압력 증가 . 복수기 입출구 온도차

증가

- 순환수 펌프의 전류량 및 출구압력 증가 ,

순환수 펌프 자체 결함 시는 펌프 정지 후 분해 점검

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4. 공기 추출기 성능 저하

<현상 > 진공도가 낮은 상태에서 운전됨

<점검 및 대책 > 증기 분사식 공기추출기의 경우

- 증기 압력 및 밸브 개도 및 복수량 , 온도 , 압력 점검

- 예비기 기동하고 노즐 및 스트레이너 점검

- 중간 냉각기와 이차냉각기의 드레인 계통 점검 진공펌프식 공기추출기의 경우

- 기수분리기의 밀봉수 수위 점검

- 펌프 내부 결함 시는 예비기로 교체하고 , 정비

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5. 수실상부에 공기 누적

<현상 >

냉각수 출구온도가 상승 순환수 계통에 사이폰이 원활하게 형성되지 않아 순환수 펌프 전류

가 증가


프라이밍 펌프 기동 수실로 공기가 유입되는 곳을 찾아 정비

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진공도 저하 원인 및 대책 진공도 저하 원인 및 대책 6. 복수펌프 성능 저하<현상 >

펌프 불량으로 복수조 수위 증가


수위계 및 균압관 폐쇄 여부와 그랜드에서의 공기 누입 점검 수위조정장치 및 펌프 분해 점검

7. 냉각수 온도 이상 상승<현상 >

진공도가 현저하게 저하


계절에 따라 많은 온도차가 있으며 , 통계 작성하여 이상온도 주위

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에너지관리공단 부장 / 기술사 한 원 희