화력발전소 터빈용 페라이트계 내열강

전문가 제언

○ 석탄화력발전소의 발전효율은 사용하는 증기의 압력과 온도가 높을수록 커진다. 보일러 주증기관의 압력과 온도는 1950~60년대의 아임계(Sub-C, 167bar/540℃), 1970~80년대의 초임계(Sup-C, 240bar/540℃), 1990년대 이후의 초초임계(USC, 280bar/600℃)로 진보하여 발전효율이 44% 이상에 이르게 되었다. 현재 가동 중인 USC발전소의 최고 증기온도는 610~620℃ 수준이지만, 선진국에서는 연료소비와 CO2 배출량의 감소를 위하여 650℃급 USC와 700℃급 A(선진)-USC 개발을 국가적 차원에서 추진하고 있다.

 

○ USC발전의 고온화는 보일러 증기관과 터빈로터에 사용하는 내열재료의 사용한계 온도에 의존하므로 장기 내구성을 갖는 내열재료의 개발이 고온발전기술의 관건이 된다. 보일러 튜브용 내열재료로는 Ni기 합금, Ni-Cr계 오스테나이트강 및 고Cr계 페라이트강이 개발되어 USC발전에 이용되고 있다. 그러나 Ni기 합금은 고가이고 Ni-Cr계 스테인리스강은 가공성, 열팽창성, 내열피로 특성 등에 문제가 있어 대구경 보일러 튜브에는 9~12Cr계 페라이트강이 주로 사용되고 있다.

 

○ USC에 사용되는 내열재료는 고온에서 장기사용에 따른 조직변화와 확산크리프로 인하여 열간강도, 피로특성, 고온내식성 등이 변화하므로 보일러용 내열관은 사용온도에서 10만 시간 크리프 파단강도와 크리프 변형시험 데이터로부터 30년 이상 내구성을 확보하도록 설계된다. 700℃급 A-USC의 보일러 튜브와 터빈로터용 내열재료에는 Ni기 합금이 개발되어 있으나 사용경험이 없어 장기사용에 대한 재료 신뢰성의 확보가 A-USC 개발계획의 중요한 과제가 되고 있다.

 

○ 국내에는 500~800MW 용량의 566℃급 USC발전기가 가동되고 있으며, 국책과제인 “차세대 화력발전 기술개발”(2002~2008)을 통하여 발전용량 1,000MW의 610℃급 USC 발전기술을 확립하였고, 현재 상용화를 위한 실증플랜트의 건설을 계획하고 있다. 발전설비의 설계와 제작기술은 선진국에 접근하는 수준에 있으나 내열재료 기술은 합금개발과 재료특성 DB 등에서 취약한 실정으로 재료관련 연구의 활성화가 요구된다.

저자

Fujio Abe

자료유형

학술정보

원문언어

일어

기업산업분류

재료

연도

2013

권(호)

18(12)

잡지명

ふえらむ

과학기술
표준분류

재료

페이지

699~706

분석자

심*동

분석물

• 화력발전소 터빈용 페라이트계 내열강.pdf [352,783 byte]

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