바이오 매스 발전소의 상업적 운영에서 안정적인 운영에 이르기까지 : 바이오 매스 스포츠 사이트 유동 침대 보일러의 활용률을 향상시키기위한 운영 결과 및 이니셔티브
ihi Co., Ltd.
2019 년 1 월, 49MW의 출력 규모를 가진 Nanatsushima Biomass 발전소는 카가 고시마 프리 피스처 카가 고시마 시티 나나 슈시마에있는 이하 소유의 땅에서 상업용 운영을 시작했습니다. 바이오 매스 발전은 화석 연료를 사용하는 기존의 열전 발전보다 역사가 더 짧으며, 우리는 안정적인 작동 및 작동 결과를 보장 할 문제를 해결하기위한 노력을 도입 할 것입니다.
Ihi Co., Ltd. 자원, 에너지 및 환경 비즈니스 영역
탄소 솔루션 SBU 기술 센터 기본 설계 부서 Yoshida Ken
Natsushima 바이오 매스 발전소
2016 년 5 월, Nanatsushima Biomass 발전소를 운영하는 Nanatsushima Biomass Power LLC (NBP)는 IHI와 8 명의 투자자에 의해 설립되었습니다. 2019 년 1 월, IHI는 비즈니스 운영에 합류하여 상업용 운영을 시작했습니다. 발전소 출력은 49MW 이며이 발전은 약 77,000 가구에 달하며 연간 약 200,000 톤의 CO2 배출량 감소에 기여합니다. 발전소는 팜 커널 껍질 (PKS), 목재 펠릿 및 바이오 매스 연료로 얇아지는 목재를 사용합니다. 얇은 목재는 지역 카가 고시마로 만들어지며 연간 소비는 15,000 톤으로 임업을 활성화하고 지속 가능한 국내 에너지 원을 보장하는 데 기여합니다. IHI는 약 30 년 동안 석탄 및 폐기물 오류 순환 유동 침대 (CFB) 보일러 플랜트 건설에 대한 경험을 축적했지만,이 발전소의 작동에서 바이오 매스 연료에 고유 한 다양한 사건이 발생했으며 유지 보수 노하우를 획득했습니다. 이 기사는 발전소의 활용률을 더욱 향상시킬 문제를 해결하려는 노력을 소개합니다.
변칙적 타는
CFB는 보일러 형식에 사용됩니다. 용광로에는 미세한 모래가 들어 있는데, 이는 스포츠 사이트 공기를 용광로 바닥으로 보내고 모래가 얼어 붙는 동안 바이오 매스 연료는 800-900 ° C 및 화상으로 가열되는 지역에 배치됩니다. IHI의 CFB 보일러는 중력 강하로 연료가 공급되는 간단한 시스템이며 동시에 스포츠 사이트 가스가 뒤로 흐르는 것을 방지하는 밀봉 매체 (예 : 공기)로 연료를 밀어 넣습니다. 일단 연료가 용광로에 쏟아지면, 용광로 내부의 많은 양의 모래에 의해 보유 된 열로 인해 안정적인 스포츠 사이트가 달성 될 수 있으며, 예를 들어, 많은 양의 수분이있는 연료를 스포츠 사이트하기가 어렵습니다.
바이오 매스 연료는 일반적으로 많은 양의 휘발성 함량이 있으므로 특히 건조 할 때 화상이 발생하기 쉽습니다. 또한, 바이오 매스 연료는 건조, 가공 및 운반 공정 동안 건조 된 미세 입자가 될 수 있으며, 이러한 연료 입자는 연료 입력 슈트 파이프에서 비정상적인 스포츠 사이트를 경험합니다.
상세한 조사로서, 비정상적인 스포츠 사이트의 원인은 건조 된 미세 입자가 된 바이오 매스 연료의 일부가 용광로 (고온 모래)로부터 열을받은 연료 슈트 튜브에 유지되어 발효성을 발표 한 것으로 추정되었다.
따라서 기본 대응은 연료 슈트 파이프의 보유를 제거하고 용광로에 빠르게 연료를 넣는 것입니다. 이를 위해, 연료 슈트 파이프에 밀봉 매체를 도입하는 방법을 결정하기위한 측정 및 필요한 양을 결정하고 유동 분석을 사용하여 효과를 평가 하였다. 이를 바탕으로 장비 수정 및 작동을 검토하고 안전하고 안정적인 작동이 보장 될 수 있음을 확인했습니다.
용광로의 모래 변화
CFB 보일러의 스포츠 사이트 용광로에서 순환 미세 모래 및 스포츠 사이트 가스는 안정적인 연료 점화 및 스포츠 사이트를 허용하고 스포츠 사이트 열 에너지를 증기 파이프 (열 수확)로 전달합니다. 적절한 입자 크기로 조정 된 고온 모래는 스포츠 사이트 용광로 내부의 위쪽 가스 흐름에서 위쪽으로 날고 주변 열전달 튜브와 부분 충돌하고 하강하는 동안 열을 전달하는 동안 가스 흐름에 부분적으로 도착하면 스포츠 사이트 용광로의 상부에 설치된 사이클론에 의해 수집되며, 빗물의 바닥으로 다시 순환됩니다.
석탄, 거친 모래, 석재, 자갈 등을 결합하는 기존의 CFB 보일러에서 외부 연료에 의해 가져 오는 것은 진동 체에 의해 분포되어 미세한 모래를 재사용하고 모래를 대체하지 않습니다. 발전소는 모래를 교체하지 않고 계속 작동했으며, 상업용 수술이 시작된 지 몇 달 후, 모래에서 많은 양의 자갈이 발견되어 공장이 적절한 열 회수를 얻지 못하게했습니다.
작동 시작시 퍼니스에 쏟아지는 신선한 모래는 주로 SIO2 (실리콘 이산화물)로 구성된 실리콘 모래에서 조정 된 세분화 된 크기로 만들어집니다. 바이오 매스의 스포츠 사이트 된 재가 다량의 알칼리 금속 (Na, K)을 함유하고 있기 때문에 알칼리 함량이 유동화 된 모래 층에 집중되어 실리콘 모래와 결합하여 모래를 거친 것으로 밝혀졌다. 흐르는 모래의 교체량은 알칼리의 농도와 모래의 상태에 따라 다르지만 모래가 교체된다는 가정하에 장비 사양과 운영 비용을 미리 고려해야합니다.
이 발전소는 매일 일정량의 신선한 모래로 대체하기 시작했으며 자갈 생성 현상과 열 유지 감소는 일반적으로 제거되었습니다. 그러나, 특히, 생산 영역이 다를 때 용광로 내 PKS 온도 분포가 변경 될 수있다. 또한, 정기적 인 검사 중에 용광로의 다양한 부분을 검사 할 때, 모래 입자 또는 스포츠 사이트 재의 접착력 및 성장이 온화한 순환이있는 영역에서 확인되었을 가능성이 있었다. 현재, 작동 제약은 없지만, 이러한 고집과 성장이 진행되면 유동층의 순환을 방해하고 작동에 영향을 줄 수 있습니다. 따라서 이러한 사건에 대한 반응으로 용광로와 흐르는 모래의 상황을 계속 모니터링하고 연료에 맞게 조정 된 모래를 관리하는 방법을 확립해야합니다.
배기 가스 덕트 및 석탄 엘리 미터에 대한 재 증착
가장 어려운 부분은 사이클론 배출구 후 배기 가스 덕트 및 열 전달 표면에 대한 애쉬 부착이 있었기 때문에 작동 속도가 떨어졌습니다. CFB 보일러에서, 고온 가스를 800-900 ° C로 흐르는 배기 가스 덕트는 강도 및 열 단열을 고려하기 위해 케이싱의 내부 표면에 화재 저항성 재료를 적용하여 구축됩니다. 바이오 매스 연료의 스포츠 사이트 재에는 일반적으로 알칼리성 함량이 포함되어있어 녹는 점을 쉽게 생성 할 수 있습니다. 바인더 가이 배기 가스 덕트의 내화성 재료 표면에서 작동 기간에 걸쳐 진행됨에 따라 낮은 융점 화합물을 사용한 재 부착. 몇 개월 동안 수십 mm의 두께로 성장한 재는 발전소 출력의 변화로 인해 주변 온도의 변화로 인해 껍질을 벗기고 바로 아래의 열전달 표면으로 떨어졌습니다. 이 애쉬 블록은 배기 가스 흐름 경로를 닫아 지속적인 작동이 어려워졌습니다.
흐름 분석에 따르면 배기 가스 덕트에 대한 재 부착이 배기 가스 흐름이 느려지고 재현 할 수있는 영역으로 선택적으로 진행됨을 확인했습니다. 따라서, 상당한 애쉬 접착력이있는 영역에 증기를 뿌려서 적절한 주파수로 작동시켜 재 접착력을 억제 할 수 있도록 그을음 송풍기를 첨가하여 재 청소했습니다.
다음 작업 제약 조건은 가스 흐름의 각성에 위치한 석탄 절약 장치의 Ash 증착입니다. 석탄 절약 장치는 비교적 저온 스포츠 사이트 가스에 의해 보일러의 물 공급 장치로 전달되는 열을 회수하는 열교환 기입니다. 직선형 핀 화 된 석탄 엘리 미터는 공간을 절약하고 열 전달 영역을 보장하는 데 사용됩니다. 그러나, 핀 구조는 배기 가스 흐름이 좁아지는 흐름 경로가 좁아지는 단점을 갖습니다. 과거에는 비진도 석탄과 같은 저급 석탄이 핀란드 석탄에 사용될 때 재가 침착되었지만 바이오 매스 스포츠 사이트 재가 동일한 높은 접착력을 갖는 것으로 확인되었습니다.
현재, 재가 진행될 가능성이 높은 석탄 절약 장치 근처의 그을음 송풍기 주입 압력은 수행되는 횟수로 증가되며 사이클은 6 개월마다 정기적 인 검사에서 재를 청소하는 데 사용됩니다. 핀이 핀 석탄 엘리 미터에서 재를 제거하기위한 청소는 시간이 많이 걸리는 시간이 걸리지 만 정지하는 데 시간이 걸리지 만 운영 속도를 유지하는 데 필요한 중요한 품목으로 배치됩니다. 우리는 여전히이 시점에서 더 나은 솔루션을 고려하고 있습니다.
NOX 배출에 대한 응답
Kyushu 본토에서 태양열 발전 출력은 높은 비율의 전기 수요를 차지하며 봄과 가을에는 재생 가능 에너지 원이 통제 될 수 있습니다 (통제). CFB 보일러는 800-900 ° C의 저온에서 천천히 스포츠 사이트되기 때문에, 고온에서 스포츠 사이트 공기에서 질소와 산소를 반응하여 생성되는 열 NOX의 생성은 버너 스포츠 사이트를 사용하는 전형적인 보일러의 것보다 작습니다. 그러나, 출력이 낮은 경우 (보일러 하중이 낮음), 연료 입력량에 비해 공기가 과도하게 과도하여, 보일러 하중의 NOX는 높은 부하보다 높다. 또한, 바이오 매스 연료는 석탄보다 고정 된 탄소가 덜 함유되어 있으며, Unburned Char로 인해 NOX를 N2로 감소시키는 반응을 얻기가 어렵 기 때문에 CFB 보일러에 대한 NOX 배출이 높을 수있는 연료입니다.
이 발전소의 표준 NOX 배출량 값은 150ppm (6% O2 등가)이므로 암모니아와 같은 화학 물질이 필요한 탈질 장비가 설치되지 않습니다. 정격 출력의 NOX는 일반적으로 80 ~ 100 ppm (6% O2 등가)이며, 이는 석탄 화상을 입는 CFB 보일러보다 높지만 방출 표준보다 훨씬 낮습니다. 그러나 향후 50% 부하에 대한 출력 제어가 예상되므로 NOX 체크 작업은 낮은 부하에서 수행되었습니다. 바이오 매스 연료 (PK, 목재 펠릿, 얇은 목재)에 대한 높은 수분 및 저 열 발생으로 얇은 목재의 혼합 된 화재 속도를 조정 한 결과, 50% 하중의 NOX가 제어 값 미만의 130-150 ppm (6% O2 등가)로 억제 될 수 있음을 확인했습니다.
에어 예열기 (GAH) 부식
공기 히터 (GAH)는 저온 스포츠 사이트 가스에 의해 스포츠 사이트 공기로 옮겨지는 열을 회수하는 열교환기로 보일러 효율을 증가시킵니다. CFB 보일러는 스포츠 사이트 공기를 고압으로 퍼니스로 밀어야하므로 GAH는 많은 열 전달 튜브로 구성된 비 굴절 유형을 채택합니다. 공기는 튜브 내부와 튜브 외부를 통해 재를 함유 한 튜브 내부와 스포츠 사이트 가스를 통과시키고, 화산재가 열 전달 튜브에 접착되는 것을 방지하기 위해 그을음 송풍기가 설치됩니다. 스포츠 사이트 가스는 황 산화 황과 같은 부식 성분을 함유하고 있기 때문에 금속 온도가 가장 낮은 공기 입구 근처의 열 전달 튜브는 황산 및 기타 물질의 축합으로 인해 저온 부식을 일으킬 가능성이 높습니다. 따라서, 열 전달 파이프를위한 황산 부식성 강철을 선택하고 열 전달 파이프의 금속 온도를 올바르게 증가시키는 시스템을 채택하는 것과 같은 부식 방지 조치가 필요했다. 그러나 부식을 완전히 방지하기는 어렵고, 부식 된 영역이 교체 될 것이라는 가정하에 우리는 중기에서 장기적으로 영역을 유지할 계획입니다.
2020 년 11 월, 상업용 운영이 시작된 지 1 년 및 10 개월 후 정기 검사 중에 GAH의 부식 상태가 확인되었습니다. 열 전달 튜브의 시각적 관찰은 부식의 징후를 보이지 않았으며 벽 두께 측정 결과로부터 벽 감소가 확인되지 않았다. GAH에 대한 부식 방지는 효과적이며 석탄과 폐기물을 태우는 기존 CFB 보일러보다 온화한 부식 환경에있는 것으로 보입니다. 이 발전소에서 사용되는 바이오 매스 스포츠 사이트 CFB 보일러의 이유 중 하나는 바이오 매스 연료의 황 함량이 낮기 때문에 유황 함량이 미래에 변동 될 가능성이 있기 때문에 계속 모니터링 할 가능성이 있습니다.
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