[발송배전기술사 실전문제해설] [문제24] 유동층연소 보일러에 대하여 설명하시오.

출처 - 미니테스터 티스토리

 

본 글은 신들의 정원 – 강화풀밭농원 (최진만 기술사)에게서 가져왔음을 알린다.

 

[문제 24] 유동층연소 보일러에 대하여 설명하시오.

 

1.기본원리

 

연료를 유동상태에서 연소시키기 위하여 고체연료를 연소상 위에 노재(모래,석회석등)와 같이 채우고 밑에서 공기분산판을 통하여 공기를 균일하게 분산시켜 불어 올리면 공기의 속도에 따라 연료가 떠있는 상태가 된다. 이와같이  연료가 비산되지 않고 유동상태를 이루는 상태에서 연소시키는 방법을 유동층연소라 한다.

 

2.종    류

 

유동층보일러의 종류는 유동화속도에 따른 분류방법과 운전압력 조건에 따라 분류하는 방법으로 나눌수 있다. 유동화 속도에 따라서는 기포상(BUBBLING)보일러와 순환식(CIRCULATING)보일러가 있으며 운전압력조건에 따라서는 상압식(AFBC)과 가압식(PFBC)이 있다. 이를 표로 나타내면 다음과 같다.

 

 

FBC	AFBC	Bubbling	Stacked
			Ranch
		Circulating	With Exhx
			Without Exhx
	PFBC	Bubbling	Super Charged
			Turbo Charged
		Circulating	Super Charged
			Turbo Charged

 

 

순환식 연소로는 유동층에서 비산된 연료의 미연분을 사이클론으로 분리,다시 유동층으로 재순환연소 시키는 것이다.

 

3.특    징

 

 3-1. 사용할 수 있는 연료의 폭이 넓다(Fuel Flexibility)

고질탄은 물론 저질탄, 석탄폐석,고체가연성 쓰레기등 저열량 연료도 연소가 가능하여 활용폭이 매우 넓다.

 

 3-2. 효율이 높다.

가압식 유동층 보일러의 경우 열흡수율이 크기 때문에 일반 연소로보다 연소로의 크기가 작아질수 있으며 고효율 가스터빈과 조합하여 복합발전 시스템을 구성할수 있어 종합열효율을 높일 수 있다.

 

 3-3. 저온연소에 따른 이점이 있다.

연소온도의 범위가 800～950℃정도로 회분의 용융온도보다 낮다. 따라서 1300℃이상의 고온에서 연소하는 기존 보일러의 회용융으로 생기는 많은 장애가 일어나지 않으며 저온연소가 가능하므로 보일러의 사용재료에 제한이 적고 질소산화물의 생성도 억제할수 있다.

 

 3-4. 보일러설비를 축소할 수 있다.

로내의 유동물질로 석회석이나 백운석을 주입하여 로내탈황이 가능하므로 별도의 탈황설비가 불필요하며 석탄연료를 사용하는 경우 미분이 불필요하여 미분기가 없어도 되므로 전체 보일러설비를 소규모화할수 있다.

 

 3-5. 환경성이 우수하다.

연소과정에서 석회석을 투입하여 유황분을 제거하고 저온연소에 따른 Nox의 발생량이 극히적기 때문에 별도의 탈황 및 탈질설비가 불필요하여 투자비는 물론 환경적으로도 매우 유리하다.

 

4.향후전망

 

상압식유동층 보일러는 주로 산업용으로 실용화 되었으며 발전용으로는 가압 유동층 연소방식이 실용화 되고 있다. 특히 현재 개발되고 있는 방향으로는 유동층내의 열회수는 물론 생성된 가스를 이용하기 위한 가스爐로서의 활용이 기대되고 있다. 아직 개발단계의 기술적 문제점으로는 연료 및 탈황재의 연속주입 문제,연소가스의 정화문제,내부식 내마모재의 기술개발이 진행되고 있다. 특히 우리나라에서는 저칼로리이며 유황함유량이 많은 국내 저질탄의 활용을 기대하고 있다.

 

* 상압식유동층보일러는 1970년대 후반에 실용화 가능성이 입증되었으며 1980년대 후반부터 본격적으로 상용화 되기 시작하여 1990년말 현재 200MW급까지 상용화 되고있다. 상압식 유동층보일러의 일반적 특징은 다음과 같다.

 

 - 유동화 속도 BFBC: 1～3 m/s, CFBC: 8～12 m/s

 - CFBC는 연소효율,탈황율,열손실방지를 위한 고온 Cyclone이 설치된다.

 - 저온연소에 의한 NOx발생이 억제된다.

 - 석회석 투입으로 로내탈황이 가능하여 별도의 탈황설비가 불필요하다.

 - 연료의 열량범위가 큰 탄을 사용할수있다 (탄종에 제한이 없다)

 - 저온연소로 인하여 Clinker 생성을 억제할 수 있다.

 

그러나 일반적으로 상압식(AFBC)보일러는 가압식(PFBC)보일러보다 단위체적당 열출력이 낮아 전체적인 설치면적이 넓고 효율이 낮다. 따라서 발전용으로는 PFBC가 연구 개발대상이 되고 있다.

 

- 할인율 8%            - 발전소 수명 25년     - 고정비율 9.84%                                                                                 [자료원] EPRI 91.12월