발전기술지원센터 플랜트성능진단팀

2015 KEPIC 성능시험 세미나

2015. 09. 22.

Contents

▶Air Pre-heater1) Air Pre-heater 개요2) Air Pre-heater 효과

▶ Air Pre-heater 성능진단1) Measuring Point & Result2) Performance Analysis3) 공기누설율 / X-Ratio

▶ Air Pre-heater 성능관리1) 성능관리 주요인자2) 성능관리 Check List3) 성능진단 사례

Air Pre-heater

보일러에 보내는 연소용 공기를 연도가스의 폐열을 이용하여 가열하는 장치로절탄기보다 낮은 온도의 연소가스(Flue Gas)에서 여열을 회수한다. 전열방식에 따라 전도식, 재생식으로 분류

하며 발전용 보일러의 공기 예열기는 대부분 재생식이다. 많은 금속판으로 된 가열소자가 일정 시간마다 교대로 가스

통로에 노출 시 가열 소자가 가열되며 이 가열된 소자가 공기 통로에 옮겨져 공기를 가열한다.

Air Pre-Heater 개요1

▶Air Pre-heater

보일러 효율 개선배기가스 손실감소

연소효율 개선

연료적응성 개선

과잉공기량 감소

저질탄 연소 가능으로 경제성 개선

배기가스22℃↓

연소용공기28℃↑

보일러 효율 1% 상승

Air Pre-Heater 효과1▶Air Pre-heater

Air Pre-heater성능진단

▣ 부적합한 설치 위치- 가스편류나 공기가 누입되는 곳

- 회분의 퇴적, 낙하가 심한 곳

- 덕트 굴곡부나 급격히 확대 축소되는 곳

- 공기예열기에서 너무 가깝거나 먼 곳

Measuring Point2

▶성능진단

Measuring Point 2

▶성능진단

Measuring Point (Gas Sampling) 2

▶성능진단

Measuring Result (Example)

AH Inlet Gas Temp

AH Outlet Gas Temp

2

▶성능진단

Measuring Result (Example)

AH Inlet Air Temp

AH Outlet Air Temp

2

▶성능진단

Measuring Result (Example)2

▶성능진단

온도

(고온측) (저온측)전 열 면

TAI

TGNL

TAO

TGI

GAS

AIR

Measuring Result (Temp Trend)

▣ Gas Temp Drop = TGI – TGNL

▣ Air Temp Rise = TAO – TAI

▣ Temp Head = TGI - TAI

▣ TGNL = TGO + AL x (CpA/CpG) x (TGO-TAI)

☞ AL : 공기누설율

☞ CpA/CpG : 습가스와 습공기의 비열비

(고체연료 : 0.95, 액체연료 : 0.93, 기체연료 : 0.90)

2

▶성능진단

Performance Analysis

• ηAH(Gas) = (TGI-TGNL) / (TGI-TAI)

• Gas의 온도 강하(무누설) 대 Temp Head의 비로 정의

• 온도효율 자체로는 진단 Tool로서 유용도가 떨어짐. 출구가스 온도 보정에 이용.가스측 온도효율가스측 온도효율

• AL(ASME PTC) = (WGO–WGI + WMGO-WMGI) / (WGI+WMGI)

• 공기예열기 입구 가스 유량 대 누설 공기유량의 비로 정의

• AL(간이식) = (CO2 - CO2’) / CO2’ X 0.90 (0.90 : 경험계수) 공기누설율공기누설율

• X-ratio = (TGI-TGNL) / (TAO-TAI)

• 공기의 열용량 대 가스의 열용량의 비로 정의

• 공기예열기의 열성능 측정이 아닌 운전상태의 측정을 위한 것임X-RatioX-Ratio

• R = (Q / HHV) X 100(%)

• Q(Air) = WA X CPA X (TAO – TAI)

• Q(Gas) : 건배가스 공급열량, 배가스 중 수분 & Flue Dust 공급열량, 누설공기 흡수열량

열회수율열회수율

• K = Q / (Am X ΔTm)

• Q : 공기예열기 전열량, A : 전열면적, ΔTm : 대수평균 온도차

• ΔTm = {(TGI-TAO) - (TGNL-TAI)} / Ln{(TGI-TAO)/(TGNL-TAI)} 열관류율열관류율

2

▶성능진단

AH 공기누설 : 가스 량의 7~15 % 정도

Ø AH Seal로 누설되는 유체의 온도변화는 밀도변화 유발

→ 누설량 크기에 약간의 영향을 미침

Ø 고압 측, 저압 측 압력변화 (압력 차 증가 → 누설증가)

Ø AH Seal 부적정한 조정 (Seal 간격 증가 → 누설량 증가)

Air Leakage

• Gap Leakage, Direct Leakage (70~80%)

• AH의 회전부와 고정부 사이의 간극을 통하여 압력이 높은 공기가

압력이 낮은 Gas 측으로 관통하므로 발생함직접누설직접누설

• Carryover Leakage, Entrained Leakage (20~30%)

• AH 의 가열표면(열소자)이 공기측에서 Gas측으로 이동되면서 공기가

회전자 가열표면의 격실로부터 Gas의 흐름속으로 운반되므로 발생함운반누설운반누설

• 외부의 공기가 압력이 낮은 Gas의 흐름 속으로 누입되므로 발생함

• Casing Crack/Hole, Expansion Joint, Access Door, Door의 Gasket

등에서 발생공기누입공기누입

2

▶성능진단

X-Ratio는

- 공기의 열용량과 가스의 열용량의 비로 정의(Heat Capacity of Air / Gas)

X-Ratio를 변화시키는 요인

1) 석탄중의 수분함량 : Heating Air 소요량의 변화

2) 평형통풍 보일러에서의 공기 유입 : 낮아짐

3) 압입 통풍 보일러에서의 가스누설 : 높아짐

4) Cooling Air 및 Sealing Air량의 변화

5) Cold Air의 공기예열기 By-Pass

6) Hot Air의 공기예열기 재순환

7) 과잉공기비의 변화

8) Air Heater Seal Setting 변화에 따른 누설량 변화

낮은 X-Ratio는

1) 공기예열기를 통과하는 가스유량이 과다하여, 보일러 배가스 손실이 증가하고,

2) 보일러에 공기 누입이 증가하고 있음을 나타낸다.

X - Ratio2

▶성능진단

Air Pre-heater성능관리

성능관리 주요인자

온도효율 관리온도효율 관리

열전달계수 : 전열면 상태

열소자중량 : 부식감량

입구가스온도 : 보일러 열흡수율

출구가스온도 : SAH 운전여부, 냉단평균온도 유지

입구공기온도 : 외기온도, SAH 운전여부

입구가스량 및 입구 공기량

공기누설율 관리공기누설율 관리

각부위 Seal 간극

입구 공기온도 : 외기온도, SAH 운전여부

입구 가스량

Cold End 압력차 : 통풍상태

열소자 상태 : 오염 및 부식

3

▶성능관리

○ AH 냉단 평균온도는 적정한가? (연료의 종별에 따라)

○ SAH의 증기 누설은 없는가?

○ AH Seal 간극은 적정한가?

○ AH Draft Loss가 크지 않는가?

○ 배기가스온도가 증가하지 않는가?

○ Soot Blowing은 최적 주기로 실시되고 있는가?

○ 누설율이 증가하고 있지 않는가? - 입․출구 O2, CO2 분석

○ 온도효율이 저하되고 있지 않은가?

○ 성능파악을 위하여 주기적으로 성능시험은 실시되고 있는가?

○ AH 열소자 관리는 적절하게 수행되고 있는가?

성능관리 Check List3

▶성능관리

1. Ash Cutting에 의한 공기예열기 열소자 중량감소로 온도효율 저하

가. 현상 (단위 : %)

나. 분석

1) 정비전보다 저하되어 운전시간 경과에 따라 계속 저하되고 있는 추세임

2) 인수대비 상당 폭 저하된 상태

3) 온도효율에 영향을 미칠 수 있는 요인

․외부요인 : 공기예열기 입구 공기온도, 압력변화, 공기량, 가스량 변화 등

․자체요인 : 공기예열기 자체 청결상태, 열소자 중량감소

4) 온도효율 저하원인 : Ash Cutting에 의한 공기예열기 열소자 중량감소

구 분 설 계 치 인 수 치 ‘94 정비 전 ‘95 정비 후 인수대비 정비 전 대비

온도효율 70.13 68.06 62.13 58.86 -9.20 -3.27

성능진단 사례3

▶성능관리

2. 공기예열기 온도효율 저하 등으로 무누설환산 가스온도 증가

가. 현상

1) 공기예열기 출구 무누설 가스온도가 216.35 ℃로 상당히 높게 유지됨

2) 인수성능시험 당시도 160.39 ℃로 설계치 138.0 ℃ 보다 높았음

3) 인수대비로 55.96 ℃나 높게 나타남

나. 분석

1) 온도효율 저하(68.06 → 58.86 %)에 의한 영향 : 36.69 ℃

2) AH inlet 공기온도상승(42.20 → 52.55 ℃)에 의한 영향 : 6.09 ℃

3) AH inlet 가스온도상승(411.95 → 450.68 ℃)에 의한 영향 : 16.70 ℃

4) AH inlet 가스온도의 상승은 터빈효율 저하에 따른 주증기 량 증가 등으로

보일러 열 입력 증가와 이에 따른 배기가스 량 증가에 기인함.

성능진단 사례3

▶성능관리

3. 공기예열기 Seal 정비로 공기누설률 감소

가. 현상 (단위 : %)

나. 분석

계획예방정비 시 공기예열기의 각종 실을 전면적으로 정비하였으며 Gas Duct의

누설부위 등도 정비작업을 시행하여 정비 전 대비 6.05 % 저감되었다.

항 목 설계치 인수치 정비 전 정비 후 전후대비

A Side 7.00 4.28 17.50 10.65 -6.85

B Side 7.00 5.65 16.52 11.27 -5.25

평 균 7.00 4.97 17.01 10.96 -6.05

성능진단 사례3

▶성능관리

4. 공기예열기 Seal 정비로 압입통풍기 동력 감소

가. 현상

나. 예상원인 : AH Seal 전면보수 및 Gas Duct Leak 부위 정비효과임

다. 동력 감소량 : △P = SQRT(3) × 6.6 × (565.6 - 524) × 0.85 = 404 kW

항 목 단 위 설계치 인수치 정비 전 정비 후 전후대비

FDF - A A 245.0 248.4 270.4 248.0 -22.4

FDF - B A 245.0 241.5 295.2 276.0 -19.2

성능진단 사례3

▶성능관리

발전기술지원센터플랜트성능진단팀선임전문원/기술사신 일 수Tel : 042-865-5558

Mail : sis@kepco.co.kr

2015 KEPIC 성능시험 세미나

Q & AThank you! ▶Air Pre-heater1) Air Pre-heater 개요2) Air Pre-heater 효과

▶ Air Pre-heater 성능진단1) Measuring Point & Result2) Performance Analysis3) 공기누설율 / X-Ratio

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