-- 목차 --
1. 개요
2. 설비분류
3. 고장경향 및 신뢰성 향상방안
4. 맺음말
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1. 개요

국내 발전설비는 원자력, 일반화력, 복합화력 및 기타 설비 등으로 구성되어 있으며, 2012년 현재 국내 발전설비 용량은 79,342MW1)이고 최대 부하는 72,000MW2) 정도이다. 일반 화력설비 중 500MW 이상 유연탄 발전설비는 대용량 석탄 화력설비로서 효율이 높고 신뢰성이 높으며 전력계통의 중간 부하를 담당하는 중요한 설비이다. 또한 대용량 석탄 화력설비는 용량이 22,650MW로서 전체 용량의 28.5%를 차지하고 있다.

대용량 석탄 화력설비는 신규 석탄화력, 표준 석탄화력 및 기타 석탄화력 등으로 구분할 수 있다. 최근에 건설된 신규 석탄 화력설비는 과·재열기의 증기온도가 높고 보일러 튜브 재질은 고온 크리프 강도가 개선된 고합금강 및 Austenite Stainless강을 사용함으로 인하여 고장이 많이 발생하고 있는 실정이다. 또한 비교적 신뢰성이 우수하였던 표준 석탄 화력설비는 운전시간이 20년을 경과하면서 장기열화에 따른 고장이 발생하고 있는 등 대용량 석탄 화력설비의 고장이 크게 증가하고 있는 실정이다.

따라서 대용량 석탄 화력설비의 보일러 압력부에 대한 최근 3년간 고장 경향을 살펴보고자 한다.
고장경향의 분석 대상 설비는 화력발전설비에서 중추적 역할을 하고 있는 용량 500MW 이상의 유연탄 연소 보일러 설비 즉 대용량 석탄화력의 보일러 설비를 대상으로 국한하였다. 또한 보일러 설비는 매우 다양한 기기로 구성되어 있다. 그 중에서 보일러 압력부는 튜브, 헤더 및 배관 등으로 구성되어 있으며, 온도 및 압력이 높고 설계, 제작, 시공 및 운영에 의한 영향을 크게 받는 부위이다. 따라서 고장의 범위는 보일러의 압력부로 국한하였다.

2. 설비분류

보일러 압력부 고장의 경향과 특성을 효과적으로 분석하기 위하여 [표 2]와 같이 보일러 설비의 설계적 특성, 연소방식, 증기조건 및 사용 재질 등을 고려하여 4가지로 분류하였다.

대용량 석탄 화력설비는 총 42개 호기이며 그 중 신규석탄화력 보일러는 14개 호기, 표준석탄화력 보일러는 20개 호기, 접선연소 및 대향류연소 보일러는 각각 4개 호기로 분류된다.

신규 석탄화력 보일러는 2004년 영흥화력 #1, 2호기 준공부터 운전되고 있는 설비로서 Alstom 설계 보일러이며 접선연소 방식을 채택한 초임계압 관류형 보일러이다. 표준석탄화력 보일러는 1993년 보령 #3호기의 준공이후 20개 호기가 운전되고 있으며 가장 오래된 보령 #3호기의 운전시간이 20년을 경과하고 있고 가장 늦게 준공된 하동 #6호기는 11년을 경과하고 있다.

드럼형 접선연소 보일러는 아임계압 강제순환 보일러이다. 고온의 과/재열기는 수직형의 전열면이고 후부의 과열기는 수평형 전열면으로 배치되어 있다. 대향류 연소 보일러는 같은 연소방식을 채택하고 있지만 보령 #1, 2호기는 아임계압 드럼형 보일러이고, 태안 #5,6호기는 초임계압력 관류형 보일러이다.

* 참고문헌
[1] Boiler and heat recovery steam generator tube failures : theory and practice, EPRI, March 2007
[2] International conference on boiler tube and HRSG tube failures and inspection, EPRI, October 2008
[3] Integrated boiler tube failure reduction/cycle chemistry improvement program, EPRI, May 2006
[4] 한국전력 그룹경영지원처 시장정보 및 속보
* 작성자
김용찬 : 책임전문원/기술전문센터 yongchan@kepco.co.kr
* 출처 : 한국전력공사 전력연구원 www.kepri.re.kr