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에머슨의 연도 가스 분석, 한국 전력 기업의 효율성 극대화 및 로(Furnace) 문제 진단

구본육 부장
한국 에머슨 프로세스 매니지먼트 Rosemount Analytical 전력, 철강, 강철 부문 영업 담당

본 글에서는, 연도 가스 분석의 사용을 통해 로(爐)의 효율성을 극대화하고 이와 관련된 문제를 감소시킨 한국의 한 전력 기업 사례에 대해 논의하려고 한다. 이 전력 기업은, 우각 연소(tangential corner firing) 방식을 이용하는 550MW 급의 7호기 및 8호기를 포함한 8대의 보일러 유닛을 갖추고 있다(그림 - 1, 그림 - 2 참조). 이 기업은 그간 7호기와 8호기 연도 가스에 충분한 산소가 제공되지 않아 슬래그가 심하게 축적되는 노의 부분과, 과도한 산소 값으로 인해 과열에 의한 손상이 빈번히 발생하는 로의 부분 때문에 어려움을 겪어 왔다.

이에 따라, 본 기업은 에머슨 Rosemount Analytical 연도 가스 분석 솔루션을 찾게 되었다. 공정 가열기 사업자들은 지난 수십 년 동안, 공연비를 최적화하는 방법으로 연소 연도 가스 분석을 사용해 왔다. 연소로 인한 연도 가스 내의 과도한 산소량/이산화탄소량의 측정을 통해, 로 사업자는 최적화된 효율성 및 최저의 질소산화물을 수반하여 운영할 수 있으며, 온실 가스 배출 역시 최소치로 제한할 수 있다. 오늘날의 연도 가스 분석기는, 여러 가지 삽입 설정과 접근법을 허용하는 다양한 분석 기술 및 프로브(probe) 삽입 길이를 기반으로, 위와 같은 최적화 공정을 한결 손쉽고 정확하게 수행할 수 있도록 한다.

본 전력 기업의 경우, 2006년 문제가 있었던 각 보일러 유닛의 절탄기(economizer) 출구에 6 대의 Oxymitter O2 프로브를 설치했고, 2010년에는 해당 유닛 각각에 6 대의 프로브를 추가했다(그림 - 3 참조).

전체 12대의 프로브에서 현재 판독된 수치는 고객의 DCS(분산 제어 시스템) 내부에서 평균이 산정되고, 일차 공기는 사전에 결정된 최적 설정값에 맞춰서 동적으로 제어되고 있다.

[그림 - 4]는 해당 보일러 유닛에서 수집된 DCS 막대 그래프를 나타낸 자료이다.

산소의 변화에는 오인의 소지가 있기 때문에, 발전소의 엔지니어들에게는 각 센서의 측정값이 제공되지 않음에도 불구하고, 이들은 프로브의 판독 수치를 신뢰하게 되었다.

프로브의 판독을 근거로, 엔지니어들은 로의 균형을 잡아 가능한 로 내부의 손상을 최소화할 수 있도록 개별 연소 장치를 조정할 수 있다.

본 글에서 소개한 한국 전력 기업의 설치 사례는, 연도 가스 분석을 사용하여 효율성을 최적화한 동시에, 대형 로 내부의 연소를 균형 있게 조정하여 슬래그 작용 및 과열로 인한 튜브 손상을 최소화 한 ‘모범 수행 관행’의 대표적인 사례이다. 

'본 글에서 소개한 한국 전력 기업의 설치 사례는, 연도 가스 분석을 사용하여 효율성을 최적화 한 동시에, 대형 로 내부의 연소를 균형 있게 조정하여 슬래그 작용 및 과열로 인한 튜브 손상을 최소화한 ‘모범 수행 관행’의 대표적인 사례이다.'

<그림 1> 550MW급 미분탄 연소 보일러를 묘사한 그래픽

<그림 2> 우각 연소식(코너 연소식) 보일러의 연소 장치에서 발산되는 화구를 위에서 내려다 본 상면도

<그림 3> 연도 가스 덕트 내부에 장착된 Oxymitter 프로브

<그림 4> 보일러 유닛 7호기(좌측) 및 8호기(우측)의 변화하는 산소 분포 판독치를 표시한 DCS 막대 그래프