Although the proportion of coal-fired power generation is decreasing, efficient operating technology is needed to continuously invest in facilities and reduce maintenance costs until it is abolished. Boilers, one of the main facilities of power plants, operate for a long time in harsh environments of high temperature and high pressure. In addition, damage due to deterioration is likely to occur depending on the fuel and tube material used. It is very important to judge soundness because damage caused by deterioration adversely affects facility operation. Previously, replication method was used to analyze the progress of deterioration. In the replication method, pre-treatment such as chemical treatment is performed on the boiler tube in the field, the area is reproduced by attaching a film, and the replicated film is determined by an expert in the laboratory with an expensive microscope. However, this method involves substantial costs and time requirements, as well as the possibility of human errors. To address these issues, we developed a mobile health assessment system in this research. Since it is detachable and takes images in real time, this system enables swift evaluations across a broad range and facilitates the assessment of preprocessing quality. In addition, it was intended to reduce existing human mistakes by developing a degradation classification algorithm using the merger cluster method.

인류의 문명이 점점 고화됨에 따라 부수적으로 폐기물 또한 증가하고 있는 실정이다. 최근 이러한 폐기물의 발생억제(reduce), 재사용(reuse), 재활용(recycle), 에너지자원화(recovery)에 국내를 비롯한 전 세계적인 노력이 활성화 되고 있다. 폐기물 에너지화(Waste to Energy, WTE) 기술이란 폐기물을 에너지 공급에 사용할 수 있는 다양한 연료로 전환시키는 기술이다. 도시에서 발생되는 고형폐기물(Municipal Solid Waste, MSW)을 활용한 발전보일러는 폐기물의 매립을 최소화하고, 환경 오염물질 배출을 감소시킬 뿐만 아니라, 전기나 증기와 같은 열에너지를 얻을 수 있어 각광 받고 있다. 하지만 MSW는 일반적으로 종이류, 플라스틱류, 고무류, 섬유, 가죽, 나무, 음식물 및 금속류 등 다양한 재료로 구성되어 있으며, 지역에 따라 구성요소 또한 차이가 난다. 이러한 다양 구성요소로 이루어진 MSW는 염소(Cl)등의 여러 가지 부식성 물질과 카드뮴(Cd), 납(Pb), 아연(Zn), 비소(As)등의 물질을 함유하고 있다. 이들 물질들은 연소 중에 서로 반응하여 염화물을 형성하여 탄소강 또는 Cr-Mo의 저합금강으로 제작된 페라이트계 보일러 튜브의 심각한 부식을 야기시킨다. SRF(Soiled Refuse Fuel) 연소 보일러의 열교환 장치(Water Wall Panel, Super Heater Tube, Economizer)를 염화물과 같은 부식성 물질로부터 보호할 필요가 있다. SRF 연소 보일러의 열교환 장치 표면을 각종 부식성 물질로부터 보호하기 위한 표면개질 방법에는 내열합금 오버레이 용접, 열융사 코팅, SiC-Epoxy 코팅, Castable 도포 등의 방법이 주로 사용된다. 본 연구에서는 SRF 연소 보일러 열교환 장치에 적용되는 내열합금 오버레이 용접을 중심으로 나머지 표면개질 방법과 비교하였다.

인류의 문명이 점점 고화됨에 따라 부수적으로 폐기물 또한 증가 하고 있는 실정이다. 최근 이러한 폐기물의 발생억제(reduce), 재사용(reuse), 재활용(recycle), 에너지자원화(recovery)에 국내를 비롯한 전 세계적인 노력이 활성화 되고 있다. 폐기물 에너지화(Waste to Energy, WTE) 기술이란 폐기물을 에너지 공급에 사용할 수 있는 다양한 연료로 전환시키는 기술이다. 도시고형폐기물(Municipal Solid Waste, MSW)을 활용한 발전보일러는 폐기물의 매립을 최소화하고, 환경 오염물질 배출을 감소시킬 뿐만 아니라, 전기나 증기와 같은 열에너지를 얻을 수 있어 각광 받고 있다. 하지만 MSW는 일반적으로 종이류, 플라스틱류, 고무류, 섬유, 가죽, 나무, 음식물 및 금속류 등 다양한 재료로 구성되어 있으며, 지역에 따라 구성요소 또한 차이가 난다. 이러한 다양 구성요소로 이루어진 MSW는 염소(Cl)등의 여러 가지 부식성 물질과 카드뮴(Cd), 납(Pb), 아연(Zn), 비소(As)등의 물질을 함유하고 있다. 이들 물질들은 연소 중에 서로 반응하여 염화물을 형성하여 탄소강 또는 Cr-Mo의 저합금강으로 제작된 폐라이트계 보일러 튜브의 심각한 부식을 야기시킨다. WTE 보일러의 열교환 튜브(Water Wall Panel & Super Heater Tube)를 염화물과 같은 부식성 물질로부터 보호하기 위하여 주로 사용되는 기술이 클래딩 기술이다. 클래딩이란 강재의 한 면에 다른 금속을 중합시켜 완전히 결합시켜 복합 금속 층을 형성하는 것을 의미한다. WTE 보일러의 경우 인코넬 625와 같은 Ni-Cr-Mo로 구성된 합금을 주로 사용한다. 인코넬 625는 고온에서 기계적 성질이 우수하고, 내식성이 우수한 특징이 있다. WTE 보일러에서는 인코넬 625합금을 이용한 오버레이 용접기술이 주로 적용되며, 부식성 염화물로부터 부식을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 연소 중 발생하는 고온의 연소 유동에 의한 유동 회분(Fly Ash) 및 슈트 블로어(Shot Blower)에 의한 튜브의 침식/부식 또한 방지 할 수 있다. 이러한 인코넬 625 오버레이 용접 클래딩은 자동 GMA용접으로 이루어지며, 오버레이 두께와 Fe 희석율(Dilution Rate)을 제어하기 위하여 수직 하진(3G-Vertical Down)으로 용접한다. 이에 본 연구에서는 WTE 보일러 열교환 튜브의 내 부식성을 향상시키기 위해 오버레이 용접 클래딩 전용 JIG 및 용접자동화 장비를 개발하여 GMAW 자동 용접에 따른 열교환 튜브 제작의 여러 가지 문제점에 관하여 알아보았다.

보일러 관의 부식 현상은 오랫동안 다양한 산업분야 걸쳐 제기되어 오는 주요한 문제 중의 하나이다. 특히, 온도는 보일러 관의 부식 현상을 야기시키는 주요한 영향 인자 중에 하나이다. 하지만, 기존의 보일러 시스템의 경우 장기간의 운전으로 인해 온도에 따른 부식 발현을 면밀히 관찰하기에는 부적합한 부분이 있다. 따라서 우리는 기존의 보일러 설비처럼 보일러 관의 내부와 외부 온도조건을 달리하여 제어할 수 있는 장비를 구축하였다. 이를 통해서 다양한 온도 및 환경조건에서 보일러 관의 고온 부식에 대한 실험을 진행할 수 있었다. 결국 FE-SEM(field emission scanning electron microscope), EDS(energy dispersive spectrometer), XRD(X-ray diffraction)를 통한 분석결과로부터 다각적으로 고온 조건에 인한 부식발생기작에 대해 유추할 수 있었다. 뿐만 아니라 weight loss method를 통해서 고온에 따른 부식으로 인한 보일러 관의 두께 및 무게 감량 결과를 통해서 해당 조건에서의 보일러 관의 수명 또한 예측할 수 있었다.

This study has focused on identifying the cause of agglomeration that occurred in a domestic commercial-scale circulating fluidized bed boiler. Solid refuse fuel (SRF) was fed into the target facility to produce electricity. Agglomeration occurred in the combustor and cyclone during commercial operation. The bed material, clinkers produced in the combustor and cyclone, and boiler ash were collected, and components that are known to cause agglomeration were analyzed. Additionally, the possibility of slagging and fouling formation was predicted using components obtained by XRF analysis. The melting temperature of the bed material was decreased by complex reactions of low-boiling-point metal, alkaline metal and sulfur, and chlorine components. Then, agglomeration was generated because the bed material and ash were melted and combined. Basicity (B/A), which can lead to slagging, was estimated to be above 1.0 (reference 0.5 < B/A < 1.0). The boiler ash had a basicity of 1.83. The slag viscosity index (SVI) was estimated to be between 18.83 and 49.78 (reference 65 < SVI < 72). The boiler ash and combustor clinker had 3.30 and 4.40 total alkali (TA) values, respectively (reference 0.3 < TA < 0.4). This condition determined that slagging and fouling formation easily progressed. This result is expected to be utilized as data for preventing agglomeration formation and clinker generation.

High temperature corrosion is a major issue in waste-to-energy (WTE) facilities because it effects running cost and energy utilization efficiency. Corrosion of heating surfaces in WTE boilers is a complex phenomenon. The purpose of this study was to analyze the high temperature corrosion characteristics of WTE boiler tubes and to determine the influences of high temperature corrosion on heat exchange. Heating surface corrosion samples for this research were obtained from a superheater tube in municipal solid refuse fuel-fired power plant. Surface morphology, microstructure and phase composition were characterized by scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy, and X-ray diffraction analysis. The morphology of the heating surface was rough and had porous structures. The chlorine content of the surface was 7.4wt.% and the samples were mainly composed of hematite (Fe2O3) and magnetite (Fe3O4). The thermal conductivity of the corrosion samples was characterized using thermal conductivity measurements and was found to be 2.33 W/mK at 500oC. This result, which is 17 times less than that of boiler tube carbon steel (40.40 W/mK), indicates that corrosion of WTE boiler tubes is closely related to a decrease in boiler heat exchange efficiency.