APH ?? rev1 by 5CX6hg0j

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									1.      Air Pre-Heater 개요



APH 는 Boiler 의 배가스 폐열 회수를 위해 가장 널리 사용되는 열교환 설비로, 배가스


의 폐열을 이용하여 연소용 공기의 온도를 올리는 설비이다.                                   일반적으로 Stack 배가


스의 온도를 22℃(40℉) 낮출 때마다 효율은 1%씩 증가하게 된다. 여기서는 APH 운전


및 관리를 위한 기술적 내용 과 당사의 효율적 운전을 위한 개선 사례를 소개한다.



1.1      종 류



Hardware 적인 열교환 방식에 따라 Recuperative Type 과 Regenerative Type 으로 구분되며


각 특징은 다음과 같다.

1.1.1     Recuperative Type ;

Cold Flow Stream 과 Hot Flow Stream 을 분리시키는 고정된 Solid Heat Transfer Surface(Tube,


Plate)를 통해 연속적으로 열교환이 일어나는 Type 으로, 각 Stream 간의 Leakage 나 오염


발생이 적다.            종류로는 Tubular APH, Plate APH, Heat Pipe 등이 있다.

1.1.2     Regenerative Type ;

Rotating Heat Storage Medium 이 반복적으로 Hot Side 와 Cold Side 에 노출되면서 열교환이


일어나는 Type 으로, 상대적으로 설비의 크기가 작은데 비해 Leakage 발생이 크다.                             종


류로는 Ljungstrom, Rothemuhle 등이 있다.


1.2     Leakage
Air Side 의 연소용 공기가 Gas Side 의 Flue Gas 로 Passing 하는 것을 말하며, 보통 Inlet Flue


Gas Flow 의 백분율로 표시한다.                    Leakage 는 화실(Furnace)로 들어가는 연소용 공기가


Stack 으로 Bypass 되는 것으로 Fan Power 의 Loss 및 APH 의 효율 저하를 가져오므로 바


람직하지 못하다.                  Recuperative Type 의 경우에는 초기 Leakage 는 ‘0’이지만 시간이 지날


수록 증가하며, 보수를 통해 3%이내로 유지해야 한다.                                     Regenerative Type 의 경우


Leakage 는 필연적이며, 두 형태의 Leakage – Gap, Carryover -가 있다.                  Gap Leakage 는 압력


이 높은 Air Side 에서 압력이 낮은 Gas Side 로 Rotating 및 Stationary Parts 를 통한 Leak 로


다음식으로 주어진다.

                   1
wt  KA(2gcP )       2



 여기서 wt ; Leakage Flow rate
        K ; Coefficient of Discharge(일반적으로 0.4~1.0)
        A ; Flow Area
        gc ; 중력가속도
        Δ P ; Gap 에서의 압력차
        ρ ; Leaking Air 의 밀도

Carryover Leakage 는 Rotor 가 회전함에 따라 Heating Surface 를 통해 연소용 공기가 Gas


Side 로 Passing 하는 것으로, Rotor 의 유효 부피와 회전속도에 비례한다.                               Regenerative


Type 의 Leakage 률은 5 ~ 15%정도이며 Sealing 이 손상될수록 증가하게 된다.                           Leakage 률


은 Air Preheater 전/후단의 CO2 농도, APH 입구 Dry Flue Gas 의 H2O 함량 및 각 연소 공기


와 배가스의 비중을 측정하여 아래의 식과 같이 구할 수 있다.

               CO2 Entering (%)  CO2 Leaving (%)                  
Leakage(%)                                        (100  H 2O )  a
                          CO2 Leaving                              g

일반적으로 Leakage 률은 Air Preheater 전/후단의 O2 농도를 측정하여 아래의 식과 같이
간단하게 구하는 것이 일반적이다.

                                             O2 Leaving (%)  O2 Entering (%)
Leakage(%)                                                                    90
                                                   21  O2 Leaving (%)


1.3   Flue Gas Temperature(Corrosion)


배가스의 온도는 낮으면 낮을수록 좋지만 일정 온도이하로 떨어지면(Acid Dew Point) 연


료 성분중의 황에 의한 저온 부식이 발생하게 된다.                                                                       부식이 발생하는 온도는 연료중


의 황 함량에 따라 변하며, 황 성분이 높은 연료일수록 부식 발생 온도는 높아지게


된다.                            따라서 부식이 발생하는 온도 이하로는 배가스 온도를 낮출 수 없으며, 온도를


낮추기 위해서는 내부식성 자재(보통 Enamel, Teflon 등을 Coating)를 사용하여야 하며 그


에 따른 투자비도 증가하여 경제성이 떨어지게 된다.                                                                        대부분의 APH 는 노점 온도(Acid


Dow Point)보다 약간 낮은 온도(MMT ; Minimum Metal Temperature)에서 운전되도록 설계되어


있다.                                   황 함량이 높은 경우, 대기온도가 낮은 경우 또는 운전부하가 낮은 경우에는


MMT 이하로 운전 되는 것을 막기 위해 SCAH(Steam Coil Air Heater)를 사용, 연소 공기를


예열하여 부식의 발생을 방지한다. 각 연료의 황 함량에 따른 Air Heater Type 별 MMT 는

                                             .0001          0.001                0.01               0.1               1.0    2.0
다음 그림과 같다.
                                             4.0
                                       127                                                         Sulfur in Fuel(% by wt)
                                                                               Residual Oil
      Minimum Metal Temperature ( )




                                       116
                                                             Coal(Stoker) or Distillate Oil
                                       104



                                                             Natural Gas
                                        82

                                        71
                                                                    Coal(PC Burner or Cyclone Furnace)
      ℃
                                           93




                                           60




                        그림 1.                         Recuperative Air Heater Cold End MMT Limit with Sulfur Bearing Fuels

                                                127


                                                116
                                                                                        Oil and Gas
           Minimum Metal Temperature ( )




                                                104


                                                93
                                                                                                 Coal
                                                82


                                                71
           ℃

                                                60



                                                      0             1.0           2.0             3.0            4.0          5.0
                                                 6.0
                                                                                                 Sulfur in Fuel(% by wt)
                                   그림 2.               Regenerative Air Heater Cold End MMT Limit with Sulfur Bearing Fuels

1.4.   Plugging and Cleaning


배가스의 Ash 나 Corrosion 물질에 의해 Heat Transfer Flow Passage 에서 Fouling 이 발생하여


궁극적으로는 Air Heater 를 막는 경우가 발생한다.                                                              Plugging 은 Air Heater 의 Pressure Drop


을 초래하여 Fan 의 부하를 증가시키게 된다.                                                                  따라서 적절한 Soot Blowing 을 통해
Deposits 를 제거하여야 한다.


1.5.   Erosion


Gas 의 빠른 유속이나, Ash 성분에 의해 Erosion 이 발생하는데, 보통은 Gas 의 유속이


가장 빠른 Gas Inlet 부위에서 발생한다.         침식률(Erosion Rate)은 Flue Gas 속도, Ash 의 성


질 및 발생량에 영향을 받는다.             Erosion 은 전열 면적의 감소, 재질의 변화, Leakage 를


야기하여 Air Heater 의 효율 저하의 원인이 된다.


1.6.   Fires


특히 Regenerative Type 의 경우, 드물지만 미연 가연물(Unburned Combustible Material)이 고착


되기 쉬운 Cold End 부위에서 발생된다.              대부분의 화재는 Start-up/Down 과정에서


Unburned Fuel Oil 이 Heating Surface 의 고착된 Ash 에 침적되어 주위의 점화원에 의해 발


생되게 된다.          따라서 화재 예방을 위해 Start-up/Down 중에는 적절한 Soot Blowing 을 통


해 Unburned Fuel 성분을 제거하여야 한다.



2.     APH 의 Heating Element 변형



APH 에서 Heating Element 에 대한 저온 부식을 피할 수 없다.          이러한 문제에 직면하여,


적절한 Element 재질을 선정하고 더욱 경제적인 운전 및 보수가 유지되도록 저온부 평


균 온도를 유지하는데 노력하여 왔다.               동시에 Element 중량 감소율에 따라서 Element


교환 주기를 고려 하게 된다.             그러나 이와는 별도로 5 년 이상 중유 연소를 함에 있
어서 산노점(Acid Dow Point)에 관련한 저온부식보다 다른 요소 때문에 APH Element 가 변


형될 수도 있다.     따라서 Element 변형 원인을 분석하고 부식의 확대를 예상하여 교환


주기를 만들어야 하고, 검토 분석 결과를 토대로 Heating Element 교환주기를 정하므로


써 Plant 를 적절하게 운전하도록 사전 조치를 제시하고 효율적인 운전이 되도록 하여


야 한다.



2.1.    부식의 종류와 구조



2.1.1   유산부식의 구조 및 산로점 온도



석유 및 석탄을 연료로 사용하는 경우, 연료중의 유황분은 연소에 의하여 SO2 로 되며,


일부 1 ~ 5% 정도는 산화되어 SO3 로 된다. 연소 가스중에 존재하는 수증기와 평형상


태를 유지하며 유산으로 응축하는 온도를 산로점(Acid Dew Point)이라 부른다.            Element 의


산로점 이하로 되는 부분에서는 응축유산에 의하여 부식이 발생되며, 산로점보다는


30 ~ 40℃ 이하로 되는 곳에서 부식량이 최대가 된다.                 더욱 더 온도가 내려가면 부식


율은 경감하고 수로점에 달하면 부식량은 다시 증가한다.


                 부
                 식              부식극대점
                 율
                 (%)




                                 (P.R.T)




                           수로점
                                           산로점

                       0   50     100      150   온도(℃)
그림 3 에 있어 부식극대점(P.R.T)는 APH 의 저온단 평균온도로서 일반적으로 설계하고
                      그림 3. 연소 가스의

있으며, 실제 운용상으로는 P.R.T 또는 부식량이 변동하므로 Plant 마다 미세한 조정이
                        부식성

필요하다.



2.1.2.   물에 의한 부식의 구조 및 수로점 온도



LNG 전소 Boiler 에서의 APH 저온층 Element 발청 현상은 명확히 응축수에 따른 강제의


산화로서 그 반응 구조식은 다음과 같다.

  Fe + 2H-OH  Fe(OH)2 + H2               1)

  2Fe(OH)2 + ½O2 + H2O  Fe2O3 + 3H2O     2)


즉, 통상의 담수 부식과 같이 응축수중에 응축수, 수산화수소(H-OH 전해질) 또는 용존


산소가 있으므로 위의 화학적인 반응이 진행된다.                     응축수 없이는 화학적인 반응 1)이


진행되지 않는다.           또한 응축수가 있어도 용존 산소가 충분치 않으면(80℃ 이상의 경


우) 금속 표면은 환원성의 수소 가수막이 피복되어 윗식 2)에 나타난 Fe2O3(제 3 산화


철)의 생성은 극히 완만히 된다.                  이상과 같이 배기 가스중의 H2O 가 응축되지 않는


상태의 금속주위 분위기 온도를 정하여 운전한다면 물에 의한 부식은 억제되어 진다.


이 분위기 온도는 배기가스중의 H2O 에 의한 수증기 분압에서 산출할 수 있으며, 그림


4 와 같다.




                                기체 상태
                      60
                수
                로
                점     50
                온
                도                              액체 상태
                ( )
                ℃     40


                      30




                                            베기가스에서의 수분량(Vol %)


                그림 4.      배기가스의 수분량과 수로점 온도 관계도.



2.2.   Element 의 질 저하 요인



일반적으로 APH 의 전열 Element 는 고온층, 중간층 및 저온층의 3 층으로 구성되며,


Element 의 질 저하 요인으로 다음 사항을 알 수 있다.

  a) 배기 가스중의 SO3 영향
  b) 산로점의 영향
  c) 수세중의 영향
  d) 수세후 건조의 영향
  e) 기타

각 층 Element 의 질 저하 원인은 다음과 같다.


              운전시               운전정지 및 정기 검사시                     기 타
          고온층 Element 는     수세시 배수의 pH 수세후의 건조가               운전정지 및 시동
          산로점 이상의 온 를 조사하면 0.27               충분치 못한          시에 고온층
          도영역에 위치하          ~ 6.08 이며, 산성     Element 에는 습윤   Element 는 산로점
 고온층
          므로 응축유산에          이 강하므로 수세 상태로 되어                  영역에 노출되는
          의한 부식은 없으 과정에 있어서도                  Element 표면에 발 것에 거리가 멀다
          나, 산로점 이상         부식이 발생할수          청 형상이 생긴        고 생각하여 왔으
          에 있어서도 산화 있음.              다. 특히 외부건    며, 실제로 고온
          에 의한 부식이                   조시에 외부측에     층 온도는 산로점
          조금씩 진행될 수                  는 건조가 쉽지만 보다 낮지 않는다
          있음.                        내부측에는 정도     는 것이 판명되었
                                     에 따라 건조가     다.
                                     어렵다.
          저온측에는    정격 고온층 Element 와 고온층 Element 와 SAH 출구 온도의
          부하시    산로점영 같은 영향을 받는 같은 영향을 받지 불균일로 인하여,
          역에    노출되므로 다.             만 부식환경은 고 국부적으로         온도
          서 저온측의 부식                  온층보다 심하다.    가 낮은곳이 있으
          량이 크게 되며,                               며 부분적으로 부
 중간층
          중간측 Element 에                           식이 발생된다.
          서는    응축유산에
          의한 Element 부식
          이 가장 큰 요인
          이다.
          Element 는 전체에 고온층 Element 와 고온층 Element 와 위와 같다.
          걸쳐 산로점 영역 같은 영향을 받는 같은 영향을 받는
          에 노출되어 있어 다.               다.
          부식이 가장 심하
          며, 특히 저온부
          에 PRT 에 도달하
 저온층 는 곳은 유산부식
          이 극심하다. 유
          산부식은    중간층
          과 마찬가지로 저
          온층에서도    부식
          의 가장 큰 원인
          이 되고 있다.


2.2.1.   운전시에 배기가스중의 SO3 영향
고온측 Element 의 양단과 중간층의 고온측에 있어서의 부식의 한계는 SO3 량과 금속


온도를 변수로 사용하여 결정되며, 이는 그림 5 과 같다.                                                      여기서 내부식 합금강


Element 에 대한 부식 진행이 연강 Element 와 같다고 가정하였다.



                             150

           부
           식
           량
           (×10-3 mm/year)




                                                                 SO3 = 30 ppm
                             100




                              50                SO3 = 26.2 ppm

                                               SO3 = 20.3 ppm


                                   0      50     100       150        200       250   300
                                                                                      Metal 온도(℃)


           그림 5.                       배가스중 SO3 량과 부식량과의 관계(산로점 온도 이상)



2.2.2.   산로점의 영향



이 영역에서의 부식은 SO3 함유량과 금속온도의 관계에서 결정되며, 그림 6 와 같


다.(참고 자료 ; Gadelius)
                                                                                   CMT = 100 ℃
                              0.4

              Element
                                                                                   CMT = 105 ℃
              한
              면               0.3
              에                                                                        CMT = 115 ℃
              있
              어
              부               0.2                                                   CMT = 125 ℃
              식
              량
              (mm/year)




                                                                                       CMT = 140 ℃
                              0.1




                                    0      10          20          30   40        50
                                                                             SO3 성분(ppm)

2.2.3.   수세시의그림 6.
              영향                        SO3 성분 부식량의 관계(Element 가 산로점 이내에 있는


             경우)
APH 의 각층에 대한 부식은 공기예열기의 세척(또는 세척후 배출액)시의 pH 값과 새척


시의 pH 값과 세척시간(관련되는 층은 부식에 있어서 동일한 영향을 받는다고 가정)에


따라 관련된 값을 구하며 그림 7 과 같다.
                     Element




                                    10.0                                     Mild Steel

                    한               0.1
                    면                           Water Temp ; 20℃
                    의                                                           CRLS
                    부
                    식               0.1
                    량
                     (mg/cm2/h)




                                    0.01
                                                                                   pH
                                            6           4           2    0
                     그림 7.   수세후 배수에 따른 부식량과의 관계




2.2.4.    수세후의 건조의 영향



기온 및 상대습도와 부식의 관계를 보인 아래의 공식에 따라서 각 Element 층마다 양


단의 부식량을 구할 수 있다.


         한쪽면의 부식량(×10-3 mm/년) = 2.242×기온(℃) + 3.251×상대습도(%) – 244.3



3.     부식경감 대책



Element 는 철로서 물과 산소가 존재하는 한 부식을 피할 수는 없다.                       Element 부식을


허용하여 Plant 효율을 올리던가 또는 Plant 효율을 내려 Element 수명을 길게 하는 것


은 판단에 따라 결정하고 여기서는 Element 부식량을 감소시키는 방법에 관하여 기술


한다.



3.1.     완전한 수세와 완전한 건조



건조시, APH 고온측(공기 출구측 Duct 와 Gas 입구측 Duct 와의 사이)에 By-pass Duct 를


설치하여 건조시간을 단축한다.


3.2.     배기가스중의 SO3 량 억제
     a) 보일러 연소시 과잉공기를 줄여서 공급한다.


     b) 바나디움이 적게 함유된 연료를 사용한다.


     c) 보일러 연소시 Mg(OH)2 를 추가한다.


     c) 저온층 Enamel Element 를 사용한다.   Enamel Element 를 사용하므로서 긴 수명이 보


          장된다.


     d)    저온측 평균온도를 올린다.      저온측 평균 온도를 올림으로서 중간 및 저온측


          Element 의 부식을 감소시킬 수 있다.




4.        전열 Element 의 관리 지침



Element 관리에 있어서 중량 감소율은 Element 의 교환 판정기준으로 사용되어 왔으나


사용연료와 부식 형태에 따라서는 Element 의 산화로서 중량증가를 만들므로 단지 중


량 감소율만에 의하여 Element 를 관리할 경우 각기 Element 들어냄으로서 운전상 어려


움을 유발할 수 있다.           따라서 실제 기록을 근거로 하여 조사 방법, 관리기준 및 교환


판정 기준은 아래와 같다.




4.1.      Element 의 조사 방법


     조사 항
                     조사 대상                     조사 시기
          목
  Element
     의
                 각층마다 1 Sector
  중량 측
     정
                                     - 저온층은 정기점검 마다
  Element
               중량측정대상 Basket 의       - 중, 고온층은 정기분해 점검시마다 점검함
         의
              가스 출입구 양면 각각 9          이 원칙이나 중량감소율이 15%를 초과하거
  두께 측
                      개소              나 느슨함이 10mm 를 초과하고, 5 년이상 검
     정
  Element                             사를 해야한다.
              - 각층마다 1 Sector
  의 느슨
              - 각 Basket 마다 가스출입
         함
               구 양면 각각 6 개소
   측정
  Element
         의
               현재 Element 와 Basket   - 정기점검시마다
  육안 점
         검
  Element     각층마다 Element 에서 부      - 부분부식 발견시,
         의       식이 생기고 있는           - Element 에 있어 중량감소율이 15%를 초과하
  분해 점        Basket(단 30cm 높이의 저     거나 느슨함이 10mm 를 초과할 경우, 5 년
         검         온층은 제외)            이상 사용시
              운전시간, 수세주기, 사용
 관련사항         연료(S 함유량)와 운전조
       조사      건(배기가스 O2, 출입구
                온도, 압력손실 등)


4.2.     Element 의 교환 판단



운전상 문제와 경제적인 관점에서 Element 교환이 필요한지 아닌지에 대한 판단이 필


요하다.


4.2.1.    운전상의 문제
  a. 구동장치 부품의 Rotor 불균형과 부적합으로 인한 구동장치의 이상음과 진동 발생


  b. Element 의 분산, 굽음, 발청등에 따른 통풍손실의 증가 또는 막힘 발생


4.2.2.    자연적인 손실 증가


  a. 전열면적 및 열용량의 감소로 인한 배기 가스온도 증가


  b. 통풍손실 증가로 인한 송풍기 동력 손실 증가


  c. 저온층 Element 교환 시기의 지연으로 인한 중간층 Element 의 수명 저하



4.3.     Element 의 판정 기준



4.3.1.    중량 감소율에 의한 교환 기준치

                          중유/석탄            LNG/Gas          공 통
          항 목
                     저온층, 중간층           저온층, 중간층            고온층
         수평형              30 ~ 35 %        약 15 %          225 ~ 30%
         수직형              40 ~ 45 %        약 25%           35 ~ 40 %
1. 상기표는 Steel element 에 대한 교환 기준치를 나타내고 있다.          교환을 검토함에 있어 역시 중량감소
  속도에 의존하나 상기값에서 5 ~ 10% 뺀것을 기준으로 잡는 것이 좋다.
2. Enamel 띠드둣에 대하여는 부식의 형태가 Steel Element 와 달라서 Edge 부식 및 공식(Pitting Corrosion)에
  의한 부분 탈락이 생겨, 중량 감소되므로 교환 기준치는 7 ~ 12% 낮게 잡을 필요가 있다.
3. LNG 및 Gas 연료의 경우, 저온층 및 중간층 Element 는 수로점에 의한 부식이 생겨, 부식된 곳은 제 3
  산화철로 변질하여 중량은 증가가 된다.               따라서 표면상 중량 감소율은 경험으로 보아 낮게 된다.



4.3.2.    Element 두께 관리



철판 두께만으로서 판단하는 것은 어려운 일이다.                          그러나 경험상 각 Element 의 중간


부분에 있어 초기 두께의 중량이 ½이하가 되면 element 는 느슨하게 되어 균열이 일어
나고 떨어져 나가게 된다.             그래서 교환 검토가 필요하게 된다.



4.3.3.   Element 의 느슨함 정도



Element 및 Basket 자재가 부식 및 중량 감소 때문에 Element 사이에 느슨함이 발생한다.


전항에서의 조사방법에 의한 간격이 10mm 이상인 경우, Element 의 움직임과 그 손상을


방지하기 위하여 수리가 필요하다.             강화형 Soot Blower Nozzle 을 사용한 Plant 에서는 저


온층 Element 에서 느슨함이 5mm 되었을 시 대책을 강구할 필요가 있다.                      Enamel


Element 에 대하여도 재료의 특성상 느슨함으로 인한 손상이 쉽게 일어나므로 동일하


게 취급하여야 한다.



4.3.4.   Element 의 침식 깊이



Element 의 침식은 전열면의 소실을 의미한다.             특히 중간층 및 고온층에 적용하는


Element 에 대한 침식은 열교환 성능의 저하로 인한 경제적인 손실 증가를 가져와 교


환 판정에 대한 기준이 된다.            만일 Element 의 침식 깊이가 약 50mm 에 이르면, 배기


가스 온도로는 약 2℃ 증가하는 것을 뜻하며, 경제적손실은 매우 크게 된다.                       저온층


Element 의 침식으로 인한 경제적인 손실은 경미하나, 부식 영역이 중간층까지 팽창한


다.       그래서 이 영역 역시 고려하여야 한다.          한편, 운전상의 문제로써 특히 수평형


APH 의 가스 출구에서의 침식은 Element 제작 압력의 불균형을 일으켜 Rotor 밖으로
Element 가 탈락하는 원인이 된다.   따라서 모든 Element 관련하여 교환은 침식 깊이


50mm 밖에서 되도록 검토하여야 한다.



4.3.5.   국부 부식 및 균열



극부 부식은 중유연료시 사용하는 SCAH 의 출구 온도의 차이와 가스 또는 공기의 흐


름이 불균일하여 생기는 현상이다.       특히 국부적인 부식의 발생장소는 다른 Element 와


비교하여 부식 속도가 크고 단기간에 비산되어 탈락등에 따라 운전상의 장해를 일으


키는 일이 있어 위험하므로 특히 주의할 필요가 있다.         교환검토의 기준치는 앞서 말


한 Element 침식 깊이 항에 준하며 내부에 공식, 변형등이 발생하였을 경우에 육안 점


검뿐만 아니라 전체 점검수리를 할 필요가 있다.       Element 의 Soot Blowing 에 따라 균열


은 분사 반대편에서 발생하며 조각(약 30×30mm) 형태의 파편이 떨어지는 것을 알 수


있다.      이 단계에서 나빠지는 것은 조립압력 증가로 점검될 수 있다.        어쨌든 Element


의 전체길이가 균열되고 그 위치에서 Element 움직임이 일어나 손상범위는 급속히 팽


창한다.      따라서 이 시점에 교환을 검토할 필요가 있다.



4.3.6.   노화 및 변형



저온층 Element(표준높이 300mm)는 정기 점검시마다 중량 측정을 위하여 Rotor 로 부터


뽑아내 조사하므로 산로점 부식을 주로한 경년 열화에 대하여 비교적 관리하기가 쉽
다.       중간 및 고온층 Element 는 Washing 에 의한 영향이 크며, 끝면의 육안 점검으로는


Element 전체의 상황이 파악되지 않는다.             따라서 사용기간 5 년이 넘는 경우 필히


Element 분해 점검을 실시하고 앞서 조사 방법에 따라 전체적인 교환 검토를 한다.



4.3.7.    Fiber-Scope 의 채용



Element 가 교환되어야 할것인지 아닌지를 판단하기 위하여 Rotor 로부터 각층 Element


를 뽑아냄으로서 중량측정, 두께, 느슨함 정도, 부식영역, 균열 길이등 종합적인 점검


을 수행할 필요가 있다.                그러나 종합적인 점검에 있어 짧은 운전정지 기간내에 수행


할 수가 없으며 Element 는 Rotor 에서 부터 뽑아내는 것 없이도 Fiber-scope 로 점검될 수


있다.       이 방법에 의하여 내부에서 Element 의 표면과 Element 끝면에서 부식의 진행을


대략 판단할 수 있다.




5.   Element 교환 시기



다음 정기 점검시의 예상된 중량 감소율과 다른 판정 요소의 진행상태가 표준 범위내


에 있더라도 다음 정기 점검시의 예상된 중량감소율과 다른 판정 요소의 진행 상태가


표준 범위내에 있더라도 다음의 정기 점검시에 명백히 범위가 초과할것으로 판정된다


면 조기 교환을 계획할 필요가 있다.                 Gadelius 조사 결과에 따라 정하여진 각층


Element 교환 주기를 나타내는 아래 표를 참고하기 바란다.
          연료        고 유황 중유             저 유황 중유      LNG, Gas
        S 함유량         1.0 ~ 2.5 %        0.5% 이하       없음
        금속 온도         105 ~ 115℃         70 ~ 90℃      60℃
         고온층           7 ~ 10 년          12 ~ 15 년   (약 15 년)
         중간층            3~5년             10 ~ 12 년    11 년
                        2~3년
         저온층                              6~8년        5~7년
                   (Enamel ; 4 ~ 8 년)
 1. 금속 온도는 저온측 평균온도[(입구공기온도+배기가스온도)/2]를 말한다.
 2. LNG 연소시 SAH 를 사용치 않으므로 부하 운전시보다 저부하나 동절기에는 금속온도가 약 20℃ 가
 량 낮게 된다.
 3. (   )내에 있는 값은 실제 경험치 대신에 예상한 것을 보여 주고 있다.
 4. 석탄연소(저온 EP 방식)는 Element 일부만 교환한 실적이 있고 고온 및 중간층 Element 는 교환 경험
 이 없다.




6.      당사 적용 사례



당사의 Boiler 에는 모두 Regenerative Type 의 Ljungstrom APH 가 설치되어 있으며, MMT 는


(0.5% B-C 사용) 96℃로 관리하고 있다.             한 당사에서는 APH 의 노후화 및 과거 대비


Design 치의 변경(4.0%  0.5% B-C)에 따른 전열 면적의 감소등을 고려하여 교체를 실시


하였다.      다음은 교체 사업에 대한 배경, 투자비, 경제성을 검토하여 APH 를 Size-up 한


사업계획서 내용이다.



6.1.    사업명



Boiler(B101/102) 배열회수증대
6.2.    사업 개요



종합동력과에서 운전중인 보일러(B101/102)의 배가스 배열회수 장치인 Air PreHeater 는


노후화(`72 년 설치)하여 교체가 필요하고, 또한 고유황 4.0% B-C 를 연료로 사용하는 기


준으로 설계되어 APH 의 전열면적이 상대적으로 작아, `97.7 월이후 저유황 0.5% B-C 를


연료로 사용하므로써 기대할수 있는 배열회수증대가 불가능함.                           이에 보일러(B101/102)


의 APH 를 Size-Up 하여 배열회수증대를 통해 및 보일러 효율을 향상(1.5%)함으로써 보일


러 연료절감 및 운전비용을 절감하고자 추진하는 사업이며, `98 년 B102 보일러, `99 년


B101 보일러에 각각 적용할 계획임.



6.3.    사업 추진 배경



가. 고유황 B-C 사용시는 Sulfur Dew Point 에 의한 APH 저온부식의 문제로 효과적인 배가스 저온


       운전이 불가능 했음.


나. `97.7 월 이후 저유황 0.5% B-C 를 보일러 Fuel 로 사용함에 따라 APH 의         저온부식을 방지하


       기 위한 관리온도기준치[ Mean Cold End Temperature =(APH 출구 배가스온도 + APH 입구 공기온


       도)/2 ]의 하향조정이 가능해짐.

          B-C(Sulfur 함유량)      B-C(4.0%)       B-C(1.5%)        B-C(1.0%)
          최저 관리기준치              113 ℃           103 ℃            96 ℃

다. 그러나 B101/102 보일러는 설치당시(`72 년) 고유황 4.0% B-C 를 연료로하는 기준으로 설계
       되어 APH 의 Size 가 상대적으로 작아 보일러 배가스온도 하향운전을 통한 배열회수증


       대가 불가능함.


라. 이에 B101/102 보일러의 APH 를 Size-Up(전열면적 : 4,996 ㎡→ 9,949 ㎡, 100%증가)하여


       보일러 배가스온도를 하향운전(195→ 165℃)하여 보일러 효율을 1.5% 향상시키고자


       함.



6.4.    사업 추진 계획



가. 사업범위


       구 분                                   내    역
  1) 기계작업          Old APH 철거 및 New APH(21.5-Rzhr-1400) 설치
  2) 배관작업          Duct 및 Expansion Joint 개선 및 관련 배관작업
  3) 계기작업          관련계기 연결 및 Rearrange




나. 투자비


            구 분         금액 (백만원)                        비 고
        1) 설계비               5
        2) 자재비              425
        3) 공사비               33
        4) 예비비               37       상기합계의 8% 적용
        총 계             500



다. 사업기간 : `98.3 ~`98.12 (총 10 개월)



라. 사업 추진일정

                                              `98 년
          구        분
                         3 월 4 월 5 월 6 월 7 월 8 월 9 월 10 월 11 월 12 월
        1) AFE 취득
        2) 설계/구매
         3) 공사
        4) 사업마감


마. 경제성 분석

         구    분               총투자비(5 억원) 기준           * 추가비용(2 억원) 기준
        유형효과                                195 백만원/년
          IRR(%)                    31.83                  115.01
        Pay-Out(년)                  2.56                    1.03

노후 B102 APH 를 기존 Size 로 교체시의 투자비용(3 억원)을 감액한 기준임.



6.5.   향후 계획



B102 보일러의 사업효과를 검정하여 `99 년에 B101 보일러에도 적용할 계획이며,                    `99 년


투자비는 증액(3 억원→ 5 억원)할 예정임.

								
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