복수기 누출 공기의 효율적인 제거

Seoul, Korea 2017년 국유 한국 에너지 회사인 한국중부발전은 한국에서 규모가 가장 크고 최신 설비를 갖춘 USC(초초임계) 석탄 화력 발전소인 신보령 TPP 석탄 화력 발전소 운영을 시작했습니다. 발전소 시설은 총 2기이며 각각 1,000메가와트의 용량을 갖추고 있습니다. 신보령 발전소는 한국 최대의 석탄 화력 발전소인 보령 화력 본부를 확장한 것입니다. 한국중부발전에서는 최신형 Dolphin 유봉식 진공 펌프가 장착된 Busch 진공 시스템을 사용하여 복수기에서 누출된 공기를 배기합니다.
PlantBoryeong_2.JPG

신보령 TPP는 한국에서 운영되는 가장 큰 규모의 최신 석탄 화력 발전소일 뿐 아니라 국내 협력업체 및 기술력만으로 건설한 시설이기도 합니다. 보령 화력 본부의 기존 발전소는 국가 산업 단지 조성에 사용되었습니다. 발전소는 10기가 있으며 모든 석탄 화력 발전소는 총 7,800메가와트의 에너지를 생산합니다. 한국중부발전은 한국 전역에 걸쳐 6개의 발전소를 운영하고 있으며 전국 소비 전력의 약 13%를 생산합니다. 현재 국가의 전력 수요 증가에 대비하여 2개의 석탄 화력 발전소와 2개의 복합 화력 발전소(CCPP)가 추가로 건설되고 있습니다.

새로운 신보령 석탄 화력 발전소에서는 최신 초초임계 에너지 기술이 사용되어 발전소 효율을 크게 향상하고 석탄 소비를 대폭 절감하는 성과를 달성했습니다. 이러한 성과는 주증기 및 가열증기에 사용된 610°C 및 621°C의 고온으로 265kg/cm2(한계치)까지 증기압력을 상승시켜 달성할 수 있었습니다.  한국중부발전은 고효율 발전 외에도 환경에 대한 영향을 줄이는 것을 중요하게 여기고 있습니다. 기존의 발전소와 비교하여 CO2(이산화탄소) , SOx(황산화물) 및 NOx(질소산화물) 배출을 현저히 줄일 수 있었습니다. 첫 번째 1,000메가와트 발전소는 2016년 6월에 운영되기 시작했으며 두 번째 발전소는 2016년 11월부터 1,000메가와트의 전력을 생산하고 있습니다.

Busch 메카니컬 진공 시스템을 사용하여 복수기 2개 모두를 배기함으로써 증기터빈의 효율계수를 최적으로 관리했으며 이로 인해 효율성을 높이고 에너지 비용을 절감할 수 있었습니다. 지속적인 배기 과정(홀딩)과 시운전 과정(호깅) 동안의 초기 배기를 위해 Dolphin 유봉식 진공 펌프가 장착된 이 메카니컬 진공 시스템이 사용됩니다.


그림 2: 복수기 누출 공기의 지속적인 배기(홀딩)를 위한 Dolphin 유봉식 진공 펌프가 탑재된 진공 시스템 3개 중 하나. 각 시스템에는 투스테이지 Dolphin 유봉식 진공 펌프가 장착되어 있음

부수적으로 누출된 공기는 3개의 동일한 진공 시스템(그림 2)을 통해 복수기에서 지속적으로 배기되며(홀딩), 각 시스템에는 투스테이지 Dolphin 유봉식 진공 펌프가 장착되어 있습니다. 각 펌프의 흡입 용량은 시간당 3,100입방미터이며 도달 가능한 최대 진공도는 33밀리바입니다. 발전소가 '겨울철 운전' 및 '여름철 운전' 모드에서 운전되기 때문에 3개의 진공 시스템이 필요합니다. 냉각수를 바다에서 끌어와 사용하므로 발전소는 주변 온도와 계절 변화 모두의 영향을 받습니다.

'겨울철 운전' 동안에는 주변 온도와 냉각수 온도가 낮습니다. 즉, 복수기가 최적의 조건에서 작동하기 때문에 누출된 공기를 배기할 필요가 적습니다. 따라서 '겨울철 운전' 중에는 진공 시스템 중 하나만 작동됩니다. 온도가 더 높아지면 두 번째 진공 시스템이 추가로 활성화되어 부수적으로 더 많이 누출된 공기가 안전하게 배기될 수 있습니다. 이러한 경우는 주로 여름철에 발생합니다. Dolphin 유봉식 진공 펌프가 장착된 세 번째 진공 시스템은 3개의 펌프 모두가 동시에 작동할 때 호깅 단계에서 흡입 용량을 증가시킬 뿐 아니라 전적으로 홀딩을 위한 예비 시스템으로 작동합니다. 증기터빈의 전체 제어 시스템에 3개의 진공 시스템을 모두 구현함으로써 시스템을 완전 자동식으로 연결하거나 종료할 수 있습니다. 복수기에서 공기를 계속해서 배기해야 하므로 3개의 진공 시스템 중 적어도 하나는 항상 작동해야 하며 3개의 진공 시스템이 모두 번갈아가며 작동하도록 제어 시스템을 프로그래밍해야 합니다. 이러한 방식으로 3개의 진공 시스템은 모두 동일한 시간 동안 작동하게 됩니다. 복수기에서 일정한 진공 레벨을 유지하면 터빈에서 증기를 제거할 수 있으므로 시운전 시 터빈이 배압 조건에서 작동할 필요가 없어져 효율계수에 유리한 효과를 가져옵니다.

복수기 수실 프라이밍 응용에는 싱글스테이지 Dolphin 유봉식 진공 펌프(그림 3)가 탑재된 2개의 추가 진공 시스템이 사용됩니다. 이러한 시스템은 구조 측면에서 유사하지만 여기에 사용되는 Dolphin의 크기가 더 작습니다. 각 시스템은 시간당 1,150입방미터의 흡입 용량을 달성하면서 작동하며 최대 진공도는 130밀리바입니다. 이 시스템은 또한 전체 제어 시스템에 통합되었습니다. 초기 프라이밍 동안 2개 진공 시스템 모두 동시에 작동합니다. 이 시스템에서는 진공을 생성하고, 펌프가 멈춘 후 복수기의 냉각 측면이 가득 차도록 냉각수를 끌어 올리는 복수기 수실을 배기합니다. 일상적인 운영에서는 이 2개의 진공 시스템 중 하나가 하루에 2~3회 짧은 시간 동안 작동하여, 복수기를 통해 온도가 오른 냉각수에서 방출된 추가 용해 공기를 제거하여 복수기를 다시 프라이밍합니다.

중간 복수기가 탑재된 멀티스테이지 증기 이젝터는 과거에 이러한 용도로 사용되었습니다. 지금은 메카니컬 Dolphin 유봉식 진공 펌프가 신뢰할 수 있고 효과적인 진공 펌프로 더 확고하게 자리 잡고 있습니다. 발전소 운영자와 건설 회사가 유봉식 진공 기술을 점점 더 많이 선택하고 있는 데는 명확한 이유가 있습니다. 멀티스테이지 증기 이젝터는 설치 공간이 훨씬 많이 필요하며 설치 비용이 비쌉니다. 이젝터에는 몇 단계의 중간 압축 과정을 거쳐야 하는 증기도 필요합니다.  신보령 화력 발전소 건설 본부 팀장 박종덕 부장은 "유봉식 진공 펌프를 터빈의 전체 제어 시스템에 연결할 수 있으므로 전체 프로세스를 완전 자동식으로 작동시킬 수 있습니다. 그러나 증기 이젝터는 변화하는 요구사항에 맞게 수동으로 조정해야 합니다. 즉, 완전 자동화는 불가능합니다."라고 추가적인 측면을 설명합니다. 박종덕 부장은 Dolphin 유봉식 진공 펌프를 사용하면서 공정이 더 안전하며 운영하기 쉽고 투명해졌으므로 Dolphin 유봉식 진공 펌프를 사용하는 것은 올바른 결정이었으며, 사용 중인 진공 시스템이 제공하는 장점을 최대한 활용할 수 있다고 말했습니다.


그림 3: 싱글스테이지 Dolphin 유봉식 진공 펌프가 장착된 진공 시스템 2개는 시운전 공정(호깅) 동안 초기 배기에 사용됨

바닷물은 Dolphin 유봉식 진공 펌프의 냉각용 유체로 사용됩니다. 따라서 진공 시스템 열교환기는 내식성 재료로 만들어졌으며 수실 프라이밍 시스템의 실제 진공 펌프와 전체 시스템도 내식성 재료로 만들어졌습니다. 사용 유체는 회로를 통해 펌핑되고 열교환기를 통해 냉각됩니다. 배출 세퍼레이터는 사용 유체를 진공 펌프로 재순환하여 재사용하도록 분리하면서 펌핑된 가스가 배기면으로 배기되도록 합니다. 진공 시스템의 작동은 사실상 유지보수가 불필요합니다. 일반 유지보수 작업을 완료하기 위해서는 2~3주 동안 발전소를 작동 중지 상태로 전환해야 하지만 진공 시스템은 1년에 한 번 점검 받으면 됩니다.

이 프로젝트에는 한국 기업만 참여했기 때문에 한국중부발전은 부쉬코리아와 협력하기로 결정했습니다. 따라서 한국중부발전은 Busch 그룹의 일원이면서 광범위한 산업 응용 분야에서 진공 기술에 대한 국제적 명성을 얻은 파트너를 찾았습니다. Dolphin 진공 시스템은 경우에 따라 특정 용도의 요구사항에 맞춰 특별히 제작되었습니다. 진공 시스템의 엔지니어링, 설계 및 조립은 모두 부쉬코리아에서 수행합니다. 조언과 고객 관리도 현장에서 직접 제공됩니다. 따라서 한국중부발전은 진공 생성과 관련하여 세계적인 입지도 확보한 지역 파트너와 협력합니다. 또한 영국에서 제조된 Dolphin 진공 펌프의 유럽 수준 품질도 주목을 받아 왔습니다.


뉴스 분류
추가 문의사항이 있습니까?
바로 연락 주십시오 (Busch 대한민국):
+82 (0)31 645 2700 문의하기