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초초입계압 석탄화력발전 보일러용 강관

전문가 제언: ○ 화력발전소의 발전효율은 증기의 압력과 온도가 높을수록 증가하므로 발전기술은 아임계(Sub-C, 167bar/540℃), 초임계(Sup-C, 240bar/540℃), 초초임계(USC, 280bar/600℃)로 발전하여 현재 가동 중인 USC발전소의 최고 증기온도는 610~620℃로 효율도 40% 이상에 이르고 있다. 증기온도는 보일러 배관에 이용되는 재료의 사용한계 온도에 의해 결정되므로 유럽을 선두로 하여 미국, 일본에서는 650℃급 USC와 700℃급 A-USC(선진초초임계)용 재료개발을 국가적 차원에서 추진하고 있다.

○ 화력발전의 보일러용 강관에는 9~12%Cr계 페라이트강과 18%Cr-10%Ni계 오스테나이트강이 이용되며 실용재료의 사용한계온도는 각각 620℃, 680℃ 정도이다. 이들 재료는 장기사용에 대한 내구성을 위하여 고온강도와 내수증기산화성이 요구된다. 고온강도의 향상에는 결정립 미세화와 탄질화물이나 탄화물의 석출강화를 위해 Nb, V, W, B 등이 첨가된다. Cr함량이 낮은 페라이트강은 고온의 수증기 중에서 산화물 피막이 생성되어 박리되나 Pd를 3% 정도 첨가하면 0.1㎛ 이하의 얇은 Cr2O3피막이 생성되어 내산화성이 개선된다.

○ 증기온도 700℃에서 사용할 수 있는 A-USC용 내열강은 실용 예가 아직 없으나 후보재로 각종 Ni기 합금(Alloy263, Alloy740, HR35, HR6W 등)이 개발되어 있다. 일본의 경우 고온강도가 우수한 고가의 Ni기 합금은 고온부에만 사용하고 650℃이하의 저온부에는 저렴한 페라이트계 내열강을 사용하는 계획이 설정되고 있다. 이 경우 Ni기 합금과 페라이트강의 용접이음부의 취약성이 해결해야할 문제가 되고 있다.

○ 국내에는 500~800MW용량의 566℃급 USC발전기가 가동되고 있으며, 1,000MW의 발전용량과 증기온도 610℃/621℃급 USC발전기술도 개발되어 있다. 그러나 USC 보일러용 내열재료는 외국에서 표준화된 규격을 수입하여 사용하고 있다. 원자력발전이 기피됨에 따라 석탄화력발전의 USC화, A-USC화를 위시하여 석탄가스화 복합발전(IGCC), 셰일가스를 이용하는 가스터빈 복합발전(GTCC)이 증가할 것으로 전망된다. 외국의 사례와 같이 이에 필요한 내열재료의 개발사업은 국가적 차원에서 장기적인 전략과제로 추진되어야 할 것이다.

저자: Atsuro Iseda
자료유형: 학술정보