폐기물 소각보일러의 고온부식 방지기술

1. 개요

 폐기물 소각 발전 보일러 운영에 가장 큰 문제는 고온부식 문제로 시설 가동 중단 원인의 70%가 고온부식과 관련하는 것으로 알려져 있다. 더욱이 연간 유지비의 1/3이 부식 관련인 것으로 추정한 사례도 있다. 안정적인 운영과 더불어 운영비 등 경제성을 확보하기 위해 고온 부식 문제를 방지하기 위한 기술을 알아보자

 

2. 부식 억제 기술

 보일러 열회수 관의 부식을 방지하기 위해서는 폐기물을 완전 연소시키고 화염이나 환원분위기의 미연소가스를 수냉벽이나 과열기관에 접촉하지 않은 조건을 만드는 것이 중요하다. 더욱이 과열기관의 금속온도를 고온부식 영역 이하로 유지하는 것이 필요하며 이를 위해 보일러 전열면의 배치를 고려하여 여러 형태의 보일러 구조가 실용화 되고 있다.

 

1) 연소 개선

 폐기물의 균질화 및 2차 공기의 도입으로 연소가스의 균일한 혼합과 완전연소를 위한 보일러 설계와 운전이 이뤄져야한다. 최근에는 연소 공기의 주입 방법의 개선, 적외선 카메라 등의 의한 감시, 가스 성상의 측정기술을 이용한 첨단 연소제어 등의 기술을 개발하여, 환원성 가스 성분의 생성 언제, 연소가스의 연도변화 저감 및 균일화를 도모하고 있다.

 

2) 회부착 방지 및 제거

 과열기를 통과하는 가스 온도의 저감에 의해 강부식성 염화물, 황산염 등 회부착이나 온도 변화를 줄일 수 있고, 재료 표면의 피막 안정화에 유효하기 때문에 과열기를 통과하는 연소가스 온도는 일반적으로 650도 이하의 조건이 채택된다. 열효율 향상과 부착 회에 의한 폐색 방지 목적으로 사용되는 Soot blower는 조건에 따라 보호 피막을 박리하는 사례가 보고 되고 있다.

 

3) 염화물 등 부식성 물질 제거

 전처리를 통해 염소제거 기술이 시도 되고 있다. 열분해를 통해 탈염소가 이뤄진후 생성한 탄화물을 대상으로 연소하는 기술이다. 이는 전처리 이전 폐기물 대비 염소나 저융점 유발물질을 제거하여 사용하기에 고온부식으로 자유로운 장점이 있으나, 열분해에 사용되는 열 에너지등 경제성 측면에서는 자유롭지 않다.

 

3. 고내식성 재료개발

 폐기물 소각보일러 특유의 염화-산화반응을 중심으로 한 복합형 고온부식 손상에 대해 우수한 저항력을 지니는 고내식성 합금개발이 핵심기술로 부각하여 선도국가에서는 합금연구개발과 실용화에 적극적으로 추친해 옴

 

1) 증발관 방지기술

 증발관의 내부에는 보일러 드럼 증기압에 따라 포화증기 온도의 관수, 관수와 증기의 혼합체 또는 증기가 흐르고 있다. 가스온도가 높은 보일러 입구부 증발관에서는 연소변동에 의한 저산소조건에서 CO, HC등의 환원분위기가 형성되기 쉽고, 표면으로의 고농도 염화물이 부착이 촉진되기 때문에 염화반응을 주체로 한 부식손상이 가끔 발생한다. 이에 오버레용접 기술등을 활용해 이를 방지하고 있다.

 

2) 과열기관 방지기술

 과열기관은 내식성, 재질 노화, 내열경도 등을 고려하여 합금 설계가 진행되면 또한 보일러를 제작하는데 탁월한 용접성, 소성가공성등이 요구된다. 일반적으로 금속 온도가 약 400도 이하의 저온 과열기는 탄소강이 사용되고, 부식환경이 가중되는 400도 이상의 고온부에서는 내식성 합금이 사용된다. 450도 이하의 과열증기용 과열기 재료로서는 보일러 설계에 큰 문제가 없다면 SUS310급의 스테인레스강의 적용도 가능하고 증기온도가 500도가 되면 크롬(Cr)을 20% 이상함유하는 니켈(Ni)기 합금이 기본적으로 필요하다. 따라서 온도영역에 따라 최적화된 설계및 고려가 필용하다.