부하 사이클링 및 보일러 금속: 발전소를 보호하는 방법

기저부하 서비스용으로 설계된 많은 석탄 화력발전소가 순환을 요청함에 따라 보일러 압력 부품에 예상치 못한 스트레스가 발생했습니다. 영향을 이해하고 완화 전략을 구현하면 조기 구성 요소 고장을 방지하고 시설을 안정적으로 운영할 수 있습니다.

2015년 8월 3일, 미국 환경 보호국은 기존 발전소의 탄소 오염 감소를 요구하는 청정 전력 계획을 마무리했습니다. 낮은 천연가스 가격과 결합된 이 규칙으로 인해 천연가스 연소 시설이 기본 부하 전력에 더 자주 사용되고 석탄 연소 발전소가 그리드 요구 사항을 충족하기 위해 이전보다 더 많이 순환될 수 있습니다.

석탄 화력 발전소의 대부분은 상당한 부하 변화를 예상하지 않고 기저 부하 발전소로 설계 및 건설되었습니다. 그러나 연소 터빈과 배열 회수 증기 발생기는 석탄 연소 보일러보다 더 높은 열 효율(약 60%)을 제공하며(최고의 증기 발전소는 약 40%의 최대 효율로 작동할 수 있음) 이는 급전 경향의 변화에도 기여하고 있습니다.

석탄 화력 발전소는 여전히 수요가 높지만 환경적 관점에서 대체 에너지원은 매우 매력적입니다. 태양광 발전, 풍력 발전 등 가변적인 재생 가능 에너지 자원의 증가는 석탄 화력 발전소에 추가적인 부하를 가하는 압력을 가하고 있습니다. 그러나 석탄 화력 발전소의 부하 순환은 장비 신뢰성과 가용성에 장기적 및 단기적으로 부정적인 영향을 미칩니다.

로드 사이클링에는 저부하 조건, 핫 스타트업, 웜 스타트업 및/또는 콜드 스타트업이 포함될 수 있습니다. 용어에서 알 수 있듯이 출력이 감소하고 장치가 정지되지 않고 최소 부하에서 작동되는 경우 저부하 상태가 발생합니다. 장치를 매일 켜고 끌 때 일반적으로 핫 스타트업이 발생합니다. 웜 시동은 일반적으로 4~5일 동안 연속적으로 작동한 후 주말에 작동을 멈추는 장치에서 발생하는 반면, 콜드 시동은 연장된 유지 관리 작동 중지 후에 발생합니다(대개 공장에서는 이러한 긴 유지 관리 기간에 대해 레이업 절차를 구현합니다).

다음은 이러한 종류의 순환 작업으로 인해 가장 일반적으로 발생하는 바람직하지 않은 효과입니다.

크리프 피로. 유틸리티 보일러는 다양한 재료와 두께를 사용하여 제작됩니다. 이러한 재료는 다양한 속도로 팽창하고 수축합니다. 크리프 손상 외에도 과열기 및 재가열기와 같은 고온 부품은 열적, 기계적 피로를 경험합니다. 누적 효과는 크리프 피로로 알려져 있습니다.

그에 따른 손상은 독립형 크리프 또는 피로 손상보다 훨씬 더 심각합니다. 반복적인 하중이 가해지면 튜브-헤더 용접은 피로 응력과 후프 응력의 조합으로 인해 균열이 발생합니다. 피로 응력은 특히 예열 또는 냉각 중에 또는 일시적인 응력으로 인해 부하 변화가 발생할 때 구성 요소 간의 상대적인 움직임으로 인해 발생할 수 있습니다. 피로 응력은 튜브 다리의 유연성이 부족하거나 지지대/부착 장치에 결함이 있거나 압력 부품의 단단한 부착 장치로 인해 발생할 수도 있습니다.

인대 균열. 개별 고온 과열(SH) 및 재가열(RH) 튜브는 열 분포, 슬래깅, 오염 및 정렬 불량의 변화로 인해 서로 다른 온도에서 작동할 수 있습니다. 따라서 증기는 서로 다른 온도에서 헤더로 들어갑니다.

부하 사이클링은 개별 튜브 사이의 온도 차이를 악화시킵니다. 왜냐하면 압력과 온도를 유지하기 위해 부하 변경 중에 발사 속도가 조정되기 때문입니다. 부하가 증가하는 동안 보일러는 일시적으로 과열되고, 부하가 감소하면 상태는 반전됩니다. 이로 인해 헤더에 일시적인 열 충격이 발생하여 인대 균열이 발생합니다.

고온 회로 열 피로. 이러한 열 응력 외에도 헤더 팽창 및 수축과 관련된 외부 응력으로 인해 사이클링 장치가 손상되어 부착물에 피로 균열이 발생할 수 있습니다. 부품이 서로 다른 속도로 팽창하고 수축하기 때문에 부품이 용접을 통해 결합되는 곳마다 추가적인 피로 부품이 존재할 수 있습니다. 피로 구성 요소가 내구성 한계 내에 있더라도 구성 요소의 크리프 특성에 영향을 미칩니다.