일반 보일러 튜브는 스택에서 바로 연소 에너지의 측정 가능한 부분을 잃습니다. 외벽에 핀을 추가하면 동일한 튜브를 교체할 수 있습니다. 발열은 5~10배 더 높아 연소 가스 통과 — 보일러의 설치 공간을 늘리지 않고. 이러한 단일 형상 변화는 현대 발전소 효율성의 핵심입니다.
표면적이 제한 요소인 이유
뜨거운 가스 흐름과 튜브 벽 사이의 열 전달은 간단한 제약 조건에 의해 제어됩니다. 즉, 접촉 표면이 클수록 에너지가 더 빠르게 이동합니다. 기존 활강관의 경우 해당 표면은 직경과 길이에 따라 고정됩니다. 보일러 핀 튜브 확장된 금속 표면(핀)을 튜브의 외벽에 부착하여 연도 가스가 시스템에서 빠져나오기 전에 열을 방출할 수 있는 훨씬 더 넓은 영역을 제공함으로써 이러한 제약을 깨뜨릴 수 있습니다.
물리학은 두 개의 병렬 경로로 작동합니다. 뜨거운 가스는 핀 표면에 대류 방식으로 열을 전달합니다. 핀은 해당 에너지를 기본 튜브 안쪽으로 전달합니다. 그리고 튜브 벽은 이를 내부의 급수나 증기로 전달합니다. 스택 이전에 회복된 모든 가스 온도는 다음 사이클에서 연소될 필요가 없는 연료입니다.
무거운 작업을 수행하는 세 가지 핀 유형
모든 발전소가 동일한 연료나 동일한 온도에서 가동되는 것은 아니기 때문에 상용 서비스에 여러 핀 구성이 존재하는 것입니다.
나선형(나선형) 핀 튜브 가스 연소 및 복합 사이클 플랜트의 주력 제품입니다. 고주파 저항 용접을 통해 연속 핀 스트립이 기본 튜브 주위에 감겨져 접촉 저항이 거의 0인 야금 접합 조인트가 생성됩니다. 핀 표면이 고체가 아닌 톱니 모양일 때, 중단된 형상은 가스 경계층을 방해하고 대류 열 전달 계수를 다음과 같이 향상시킵니다. 10~20% 일반 나선형 핀에 비해 매일 수백만 입방미터의 터빈 배기가스를 처리하는 HRSG 모듈의 의미 있는 이점입니다.
H형 핀 튜브 쌍으로 용접된 직사각형 핀 패널을 사용하여 핀 사이에 넓은 가스 레인을 만듭니다. 이 형상은 석탄을 사용하는 유틸리티 보일러의 재 브리징을 방지하며 오염이 주요 설계 제약인 모든 곳에 지정됩니다. 더 넓은 피치는 더 나은 그을음 제거 접근과 더 긴 청소 간격을 위해 일부 표면적을 교환합니다.
박힌 튜브 연속 핀을 개별 용접 핀으로 교체하십시오. 연도 가스의 높은 염소 또는 알칼리 함량으로 인해 노출된 핀 가장자리의 부식이 가속화되는 바이오매스 및 폐기물 에너지 보일러에 사용되는 스터드는 공격적인 가스 흐름에 금속을 덜 제공하면서도 유효 표면적을 확장합니다.
발전소에서 핀 튜브가 나타나는 곳
핀 튜브는 하나의 구성 요소에만 국한되지 않고 전체 열 회수 체인에 걸쳐 나타납니다.
에서 보일러 이코노마이저 , 탄소강 나선형 핀 튜브는 잔여 연도 가스 열을 흡수하여 유입되는 급수로 전달하여 일반적으로 설치당 연료 소비를 2-5% 줄입니다. 과열기와 재가열기에서 합금강 또는 스테인리스 핀은 550°C 이상의 온도에서 작동하여 증기가 터빈에 도달하기 전에 증기에 추가 엔탈피를 압착합니다. 에서 배열 회수 증기 발생기(HRSG) - 복합 사이클 전력의 정의 구성 요소 - 전체 보일러는 본질적으로 점진적으로 낮은 온도 수준에서 가스 터빈 배기가스로부터 최대 에너지를 추출하기 위해 직렬로 배열된 핀 튜브 묶음의 스택입니다.
엔지니어가 최적화하는 형상 선택
네 가지 변수는 핀 튜브가 실제로 서비스에 제공하는 양을 제어합니다.
- 핀 높이 (일반적으로 유틸리티 응용 분야에서는 6~25mm) 튜브 미터당 추가되는 추가 영역의 양을 결정합니다.
- 핀 피치 가스 레인 폭을 설정합니다. 청정 가스 흐름은 미터당 200~300개의 핀을 운반할 수 있습니다. 회분이 많은 연료는 막힘을 방지하기 위해 미터당 80~120개의 핀이 필요합니다.
- 핀 두께 (일반적으로 용접 강철 핀의 경우 2~4mm) 무게 및 재료 비용과 전도성 성능의 균형을 유지합니다.
- 핀 효율성 - 핀의 실제 열 유속을 이론적 최대값과 비교하는 비율은 비용을 정당화하기 위해 확장된 표면에 대해 0.85를 초과해야 합니다.
이러한 매개변수를 어느 방향으로든 잘못하면 비용이 발생합니다. 화산재가 많은 환경에서 튜브 다발을 과도하게 지느러미로 덮으면 오염이 가속화되고 예상치 못한 가동 중단이 발생합니다. 언더핀 처리는 열 성능을 그대로 유지하고 스택 온도를 허용 한도 이상으로 높입니다.
파울링: 누구도 무시하지 못하는 효율성 누출
표면에 1mm 재 층이 있는 핀 튜브는 손실됩니다. 8~15% 그것의 열 전달 효율성. 규모에 따라 이는 더 높은 연료비와 높은 연도 가스 출구 온도로 직접적으로 해석됩니다. 작업자는 작업 중 수트 블로워, 경미한 건조 퇴적물을 위한 음향 세척기, 계획된 가동 중단 중 물 세척 등을 통해 오염을 관리합니다. 설계 단계에서 지정된 핀 피치는 첫 번째 방어선입니다. 가스 레인 폭을 예상되는 연료의 재 적재량과 일치시키면 애초에 최악의 축적이 발생하는 것을 방지할 수 있습니다.
올바른 재료 선택과 엄격한 유지 관리 일정을 통해 청정 가스 서비스에 사용되는 용접 나선형 핀 튜브는 일반적으로 1년 이상 지속됩니다. 20년 . 공격적인 도시 폐기물 연소 환경에서는 8~12년 후에 계획된 교체가 더 현실적인 기대입니다.
고온 서비스의 재료 선택
베이스 튜브와 핀은 고온, 순환 압력, 부식성 배가스 구성성분에 대한 지속적인 노출을 동시에 처리해야 합니다. 탄소강(SA-179, SA-192)은 약 450°C까지 대부분의 이코노마이저 작동을 보장합니다. T11 및 T22와 같은 합금강은 과열기 서비스를 위해 범위를 약 580°C까지 확장합니다. 600°C/300bar 이상의 증기 조건에서 가동되는 초초임계 플랜트는 TP347H 또는 Super 304H와 같은 오스테나이트 등급에 의존하는 반면, 고염소 또는 고황 환경에서는 가속화된 튜브 낭비를 방지하기 위해 Inconel 625와 같은 니켈 합금이 필요할 수 있습니다.
실질적인 비용 절감 접근 방식 보일러 핀 튜브 선택 일치하지 않는 바이메탈: 스테인레스 스틸 핀과 쌍을 이루는 탄소강 베이스 튜브입니다. 핀은 황 함유 연료를 연소하는 이코노마이저에서 흔히 발생하는 고장 모드인 외부 표면의 이슬점 부식을 방지하는 반면, 탄소강 튜브는 완전 오스테나이트 조립 비용의 일부만으로 내부 압력을 처리합니다.
발전소 경제에 미치는 순효과
핀 튜브 열 교환으로 회수된 열 효율의 모든 백분율 포인트는 그에 비례하여 연료 소비를 줄입니다. 시간당 약 150톤의 석탄을 연소하는 500MW 석탄 화력 발전소의 경우 3점 효율 개선을 통해 연간 연료 비용을 수백만 달러 절감하고 그에 상응하는 만큼 CO2 배출량을 줄입니다. 핀 튜브 HRSG를 사용하는 복합 사이클 발전소는 이미 60% 이상의 전체 효율을 달성했습니다. 이는 초기 단일 사이클 가스 터빈이 관리했던 것의 대략 두 배에 달하는 수치입니다. 핀 튜브 기술을 사용하면 거의 모든 터빈 배기 에너지를 유용한 증기로 포착할 수 있기 때문입니다.
발전에 사용되는 핀 튜브의 엔지니어링 사례는 복잡하지 않습니다. 표면적이 넓을수록 열 회수율이 높아지고, 연료 소모량이 줄어들며, 수십 년의 발전소 수명에 걸쳐 운영 비용이 절감됩니다. 실질적인 과제는 각각의 특정 작동 조건에 맞는 올바른 핀 형상, 재료 및 제조 방법을 선택하는 것입니다. 이는 핀 튜브 번들이 열 약속을 이행하는지 아니면 유지 관리 책임이 되는지 결정하는 결정입니다.
