제6절. 공기예열기 ■ 정의와 사용효과 ■ 종류 ■ 구동장치 ■ 저온부식 방지 대책 ■ 운전시 유의사항

1. 공기예열기 (A/H ; Air Preheater) 가. 정의 연소가스의 여열을 이용하여 연소용 공기를 예열 나. 특징 1) 대기로 방출되는 열을 감소시켜 보일러 효율을 증대 2) 미분탄연소 보일러의 경우 연소용 공기를 22℃ 상승시키면 보일러 효율은 1% 상승 3) 공기의 열전달율이 물보다 작으므로 큰 전열면적이 필요 4) 연소가스의 온도가 가장 낮은 부위에 설치되므로 저온부식 위험 ⇒ 출구 가스온도는 150~170 ℃ 이상 유지 5) 재생사이클의 도입으로 급수온도가 높아 절탄기 출구의 가스온도가 높음 ⇒ 반드시 공기예열기 설치

1. 공기예열기 (A/H ; Air Preheater) 다. 사용 효과 1) 배기가스 손실 감소로 보일러 효율 상승 ⇒ 연소용 공기 22℃ 상승시키면 보일러 효율 1% 상승 가스의 체적과 비열이 모두 공기보다 가스의 열용량 공기의 열용량 가스의 온도 감소분 공기의 온도 상승분 크다 > < 가스온도 1℃ 저하시 공기온도는 1.2~1.5℃ 증가 2) 연소공기 온도상승 ⇒ 연소효율 증가 ⇒ 과잉공기량 감소 3) 연소속도 증대 ⇒ 열발생율 증가 ⇒ 연소실 체적 축소가능 4) 발열량이 낮은 저질탄 연소 가능 5) 석탄 건조용 공기가열 ⇒ 미분기 분쇄능력 향상

2. 공기예열기의 종류 가. 전열방식에 따른 분류 1) 전도식/회복식 (Recuperative Type) - 가스열이 열전달 표면을 경계로 전도에 의해 공기로 전달 - 관형(Tubular Type)과 판형(Plate Type) - 증기식 공기예열기(Stem Coil Air Heater) 2) 재생식 (Regenetive Type) - 금속판으로 된 가열소자가 일정 시간마다 교대로 가스 통로와 공기 통로에 노출 - 가스열을 가열소자를 통해 공기에 전달 - 발전용 보일러에 채용 - 회전 재생식 : 가열소자가 회전 - 고정 재생식 : 공기통로가 회전

2. 공기예열기의 종류 회전재생식 공기예열기

2. 공기예열기의 종류 고정재생식 공기예열기

2. 공기예열기의 종류 고정재생식과 회전재생식

2. 공기예열기의 종류 3) 재생식 공기예열기의 장점 - 단위 용적당 전열면적이 크다 - 설치면적이 작고 중량이 가볍다 - 전열면을 쉽게 교체 - 전열면의 일부 부식은 전체 성능에 영향을 주지 않음 4) 재생식 공기예열기의 단점 - 정지시 보일러 정지 - Leak가 심하다 - 통풍 손실이 크다 ⇒ Fan 용량 증가 - 구조 복잡 및 동력 손실 - 화재 위험

2. 공기예열기의 종류 나. 배치방식에 따른 분류 1) 수직식 - 회전축이 수직방향으로 설치 - 가열소자 교체가 수평식보다 유리 - 하부 베어링이 가열소자 지지 및 추력 흡수 2) 수평식 - 회전축이 수평방향으로 설치 - 가열소자를 지지하는 베어링의 선택이 용이 - 가열소자 교체 어렵다 - 서울 #5, 서천 #1,2

2. 공기예열기의 종류 나. 배치방식에 따른 분류

2. 공기예열기의 종류 다. 통로수에 따른 분류 1) 2통로(Bi-Sector) 방식 공기예열기를 통과한 연소공기의 일부가 1차송풍기에 의해 가압되어 1차공기로 이용 ⇒ 석탄 건조 및 미분탄 이송용

2. 공기예열기의 종류 다. 통로수에 따른 분류 2) 3통로(Tri-Sector) 방식 대형 유연탄 연소 보일러에 주로 채용 연소가스 2차 1차

3. 재생식 공기예열기 가. 회전재생식 (Ljungstrom Air Preheater) 1) 가열소자가 1~3rpm으로 연소가스와 공기 통로로 회전 2) 전기모터로 구동 ⇒ 감속기어 ⇒ 축 회전 3) 온단부(Hot End), 중간부(Intermediate), 냉단부(Cold End) 4) 온단부 및 중간부의 가열소자 : Double Undulated(DU) - 2중 무늬로 주름이 짐 ⇒ 열효율 증가 5) 냉단부의 가열소자 : Notched Flat(NF) - 틈새가 다소 크고 단일 무늬 ⇒ 분진의 부착을 막아 부식방지 - 특수 내식성 합금(Corten Steel)이나 에나멜 도금강 열소자 두께 : DU(0.6mm), NF(1.2mm)

3. 재생식 공기예열기 가열소자의 형상 열소자 두께 : DU(0.6mm), NF(1.2mm)

3. 재생식 공기예열기 나. 고정재생식 (Rothemuhle Air Preheater) 1) 가열소자는 정지 2) 연소가스통로 내부의 공기통로가 약 0.8rpm으로 회전 3) 구동부가 가벼워 동력소모 적다 4) Air Leak가 회전식보다 더 크다 5) 울산 #4~6

3. 재생식 공기예열기 고정재생식 공기예열기

4. 공기예열기 누설 압력차에 의해서 공기가 가스측 혹은 외부로 누설 - 반경방향 (Radial) 1) 직접누설 (70~80%) 압력차에 의해서 공기가 가스측 혹은 외부로 누설 - 반경방향 (Radial) Hot End : 45%, Cold End : 20% - 원주방향 (Circumferential) Hot End : 15%, Cold End : 15% - Post 누설 : 5% - 축방향 (Axial) : 미량 2) 반입누설 (20~30%) 가열소자가 회전할 때 그 속에 차있는 공기가 가스측으로 반입되는 누설

4. 공기예열기 누설 밀봉장치 Radial Seal Circum-ferential Seal Post Seal Axial Seal

4. 공기예열기 누설 회전재생식 공기예열기

5. 구동장치 1) 구동모터의 피니언 기어가 회전체 원주방향으로 설치된 핀래크 기어와 맞물려 회전 2) 보일러가 운전되면 어떤 경우에도 공기예열기가 정지해서는 안된다 ⇒ 화재발생과 열적변형 방지 3) 후비 보호장치 - Start-up AC Motor - Air Motor - Hand Turning Device

6. 수세장치 (Water Washing) 1) 가열소자에 부착된 석탄회와 미연탄소분 등이 제매장치로 제거되지 않을 때 이들을 제거하는 설비 2) 수세작업 결정은 공기예열기 입출구 압력차로 한다 3) 온수(약 60 ~ 80℃)를 사용하면 수세시간 절약 4) 가열소자 입출구의 Ph차가 1미만일 때 수세 완료 5) 보일러 기동전 반드시 공기예열기 건조시킬 것 A/H Draft Loss 30% 이상시 화재 위험

7. 저온 부식 가. 발생 1) 연료중의 황(S) 성분이 산화되면 아황산가스(SO2)가 되고 일부는 무수황산(SO3)이 됨 2) 무수황산이 수증기(H2O)와 화합하여 황산증기(H2SO4)가 되어 산노점에 이르게 되면 금속표면에서 응축되어 전열면 (냉단부 가열소자)을 부식시킴 - 산노점 : 연소가스 중 황산증기가 응축되는 온도 - 노점온도는 연소가스 중 SO3 이 존재하면 급격히 상승 3) 공기예열기 냉단부 평균온도가 산노점 이하로 내려가면 부식이 급격히 증가

7. 저온 부식 나. 방지 대책 2) 과잉공기량을 줄임 3) 냉단부 평균온도를 기준치 이상 유지 - 냉단부 평균온도 1) 유황분이 적은 연료를 사용 2) 과잉공기량을 줄임 3) 냉단부 평균온도를 기준치 이상 유지 - 냉단부 평균온도 = (입구공기온도 + 출구가스온도)/2 4) 증기식 공기예열기는 냉단부 평균온도를 조절 5) 가열소자의 재질은 내식성 합금강을 사용

8. 운전 시 유의 사항 1) 주의사항 - 보일러 운전 중에는 항상 공기예열기도 운전 - 구동장치 고장시 연소가스를 즉시 차단하고 일정시간 수동운전 - 정지상태에서 연소가스 유입시 가열소자 변형 및 화재 위험 - 연소가스온도가 150℃ 이하이면 공기예열기 정지 2) 주기적 Soot Blowing 실시 - 가연물이나 Soot 등이 가열소자에 누적되면 공기예열기 입출구 차압 증가 및 화재 유발 - 공기예열기 정지시 반드시 Soot Blowing 실시하여 화재예방 및 가열소자의 부식방지

8. 운전 시 유의 사항 3) 냉단부 부식에 유의 - 냉단부 가열소자의 온도가 황산의 노점 이상으로 유지 - 가열소자의 온도는 냉단부 평균온도와 거의 같음 - 냉단부 온도 하한치 유류 : 110℃, 석탄 : 70~80℃, 가스 : 60℃ 4) 주기적 수세(Water Washing) 실시 - Soot Blowing으로 가열소자에 부착된 누적물을 완전히 제거할 수 없으므로, 수세장치를 이용하여 가열소자에 부착된 누적물을 완전히 제거한다 - 수세 후에는 습분을 완전히 건조 연소가스 중의 SO3와 습분이 결합하여 가열소자를 부식

8. 운전 시 유의 사항 5) 베어링 온도상승에 유의 6) 화재에 유의 - 미연소 가연물의 누적되면 200~400℃ 에서 발화 가능 - 기동,정지시 미연소 가연물 생성이 많음 - 화재 발생시 현상 입구 연소가스의 온도 변화없이 출구 공기의 온도 상승 - 화재발생시 조치사항 공기 및 연소가스 차단하고 공기예열기를 계속 운전하면서 소화장치를 이용하여 소화