배열회수 보일러의 구성요소(댐퍼, 튜브)

배기가스 댐퍼

가스터빈 배기가스 댐퍼는 배기가스 흐름을 배열회수 보일러 또는 바이패스 연돌 방향으로 유지 또는 차단하는 장치로, 다중댐퍼(Multi-Damper)와 전환댐퍼(Diverter Damper)가 있으며 최근에는 대부분 전환댐퍼가 사용됩니다.

 

다중댐퍼(Multi-Damper)

가스터빈 배기가스 덕트와 배열회수 보일러 입구 덕트 사이에 수개의 댐퍼가 설치되어 있고 댐퍼는 동시에 별개의 기능을 수행하므로 모든 제어가 완벽해야 합니다. 복합발전 운전 중 오동작 및 어떤 원인으로 바이패스 측 및 배열회수 보일러 측 댐퍼가 동시에 닫히면 가스터빈 및 증기터빈 모두 정지됩니다.

 

미늘살형(Multi-Louver Type)

- 개폐동작이 빠르고 제어가 용이하나 완전밀폐가 어려워 가스누설 가능성이 큽니다.

- 완전 개방 시에도 덕트 내부에 댐퍼 몸체가 남아있어 압력강하가 따릅니다.

- 배열회수 보일러 입구 댐퍼에 주로 사용합니다.

 

길로틴형(Guillotine Damper Type)

- 댐퍼 플레이트(Plate)를 체인(Chain)으로 구동하는 형식으로 되어있습니다.

- 댐퍼 플레이트가 덕트 내외부에서 상하로 움직여 개폐됩니다.

- 완전 개방 시 댐퍼 플레이트가 덕트 밖으로 나오므로 댐퍼가 인한 압력강하가 없습니다.

- 주로 배열회수 보일러 격리 시 사용됩니다.

 

버터플라이형(Butterfly Flap Type)

바이패스 댐퍼 또는 수직열 배열회수 보일러의 경우 연돌 댐퍼로 이용되며, 배열회수 보일러 내부로 빗물이나 다른 이물질이 들어오는 것을 방지하고 배열회수 보일러 정지 시 즉시 닫아 내부를 열간 상태로 보존하는 기능을 합니다.

 

전환댐퍼(Diverter Damper)

- 다중댐퍼의 단점을 보완하기 위하여 전환댐퍼를 개발하였으며 한개의 큰 댐퍼날개(Damper Blade)가 있어서 기동 시에는 배열회수 보일러 측을 막고 정상 운전 시에는 바이패스 연돌 측을 막으며 또한 가스양 조절도 가능합니다.

- 전환댐퍼 날개는 배기가스 측으로 부터 보온 및 래깅 되어 있어 열응력 발생 및 부식을 예방하고 대기 혹은 배열회수 보일러 측으로 열방산을 방지합니다.

- 바이패스 연돌 및 배열회수 보일러 양쪽 출구를 동시에 닫을 가능성이 없기 대문에 운전이 안전하나, 가스 유동과 90℃ 각도에서 큰 모멘트(특히 댐퍼 Run Back시)를 받습니다.

 

배열회수 보일러 튜브

배열회수 보일러 튜브는 전열면적이 큰 핀 튜브(Finned Tube)를 사용하여 배열회수 효율을 향상합니다. 연료가 LNG일 경우 튜브 핀 수량은 보통 튜브 1인치 길이 당 5~7개 정도이고 중질유 연료일 경우 튜브 외면 부착물 때문에 튜브 1인치 당 3~4개 정도로 줄어들며 주요 특징은 다음과 같습니다.

- 핀 튜브는 튜브의 외부 전열 면적을 증가시켜 배열회수 보일러의 크기를 감소시킵니다.

- 핀은 전기 저항용접으로 부착되며 튜브의 직경, 핀 높이, 핀 간격 및 톱니모양의 크기에 다라서 전열면적이 달라집니다.

- 튜브의 직경은 1~2인치(외경)가 사용됩니다.

- 튜브 헤더는 정지 시 완전한 벤트 및 드레인이 가능하도록 하여 동결을 방지하고 점검 정비가 용이하여야 합니다.

- 튜브에 수평헤더를 사용하면 개개의 튜브 곡관부(Return Bend)를 사용하는 경우에 비해 벤트와 드레인이 용이하고 비용이 절감됩니다. 

 

보일러수 순환방식에 따른 구분

자연순환식(Natural Circulation HRSG)

- 급수순환은 강수관 내 급수와 상승관 내 기수 혼합물의 밀도차로 일어납니다.

- 주로 수평형 배열회수 보일러에 적용하며 설치공간이 넓습니다.

- 순환비는 강수관, 상승관, 헤더 및 드럼의 크기와 높이에 의해 결정됩니다.

- 드럼은 높게, 관경은 크게, 관은 직선으로 배치되기 때문에 규모가 다소 큽니다.

- 강제순환식에 비해 기동 정지시간이 느립니다.

 

강제순환식(Forced Circulation HRSG)

- 강수관 하부 측에 순환펌프를 설치하여 보일러 수를 강제 순환시키는 방법입니다.

- 주로 수직형 배열회수 보일러에 적용하며 설치공간이 높습니다.

- 소구경관 사용으로 배기가스 압력강하가 적어 가스터빈 출력손실이 적습니다.

- 순환펌프 고장 시 출력 감발이 따르며, 유지 정비가 어렵습니다.

 

관류식(Once-Through HRSG)

최근 복합발전 플랜트의 효율 향상을 위하여 주증기 압력 및 온도를 높게 설계하는 추세이며 관 두께 증가에 따른 영 속응성 저하 방지 대책으로 일부 관류형 배열회수 보일러가 채용되고 있습니다. 이 보일러는 한쪽 끝에서 급수가 공급되고 다른 쪽 끝에서 증기가 나오는 형식으로 절탄기, 증발기 및 과열기가 하나의 튜브로 된 형식이며 드럼과 보일러 순환펌프가 없습니다. 최근 건설된 안동복합은 고압계통이 관류식입니다.