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화력발전소 보일러 배기팬 구동장치 개선
박두용*, 김호열, 김문수 전력연구원, 전력연구원, 한국중부발전(주)
The study of pitch fan blade control actuator of fossil power plant
Doo-yong Park, Ho-yol Kim, Moon-soo Kim KEPRI, KEPRI, KOMIPO
1. 서 론
유연탄 화력발전소 보일러 계통에는 연료의 연소를 위하여 공기를 공 급하는 팬과 보일러 내부압력의 평형을 유지하기 위해 보일러 출구측에 배기팬 (Induce Draft Fan : IDF, 흡입통풍기)가 있다. IDF는 보일러 양 쪽에 2개가 있으며, 보일러 입구측의 압입통풍기(Forced Draft Fan : FDF)와 대응하여 로내 압력을 조절한다. 그러나 발전소 배출가스 환경 규제가 심해지면서 탈황설비 또는 탈질설비가 추가로 설치되고 이의 영 향으로 보일러 내부압력이 25%정도의 증가함에 따라 IDF에 영향을 주 어 IDF 제어와 기계적인 설비의 개선 필요성이 나타났다. 당진화력 1~4 호기는 최근 탈질설비가 추가 설치됨에 따라 보일러 배기팬 계통의 ID Fan Blade, Lube Oil Unit 및 ID Fan Actuator를 교체하여 운영하고 있 으나, ID Fan Pitch Blade Control 부분인 AUMA Actuator 부분에서 이음이 발생하여 이음에 대한 원인분석 및 대책을 마련하여 설비의 안 정적인 운전을 도모하고자 설비개선 연구를 하였다.
2. 본 론 2.1 설비의 구성 및 규격
2.1.1 AUMA Actuator 구성 및 계통도
IDF의 ID Fan Pitch Blade를 제어하기 위해 AUMA Actuator를 사용 하고 있는데 탈질설비 추가설치로 풍압이 25%증가하여 ID Fan Blade, Lube Oil Units, ID Fan Actuator를 교체하여 운영하고 있다.
제어설비
(DCS)
MATIC
(Control) Demand
Feedback Actuator
(Motor) 정역동작
Feedback Blade
(Servo)
현장지시계
(Position)
전자카드 Power supply Motor 정역변환장치
개도검출장치 Gear Box Motor 보호장치
Hydraulic
Assembly Indicator
그림 1 AUMA Actuator 구성 및 계통도
2.1.2 AUMA Actuator 규격
구 분 교 체 전 교 체 후
MATIC
○ AM01.1 MSP111706 A28E1 - 형 식 : SAR07.1-F07 - Thyrister Type
○ AM01.1 MSP111706 A28E1 - 형 식 : SAR07.1-F07 - Thyrister Type
Actuator
○ Motor
- 형 식 : VDOR 63-4/30 - 정 격 : AC 460V, 60Hz, 3Φ 0.045kW, 0.4A, 1068rpm
○ Actuator - Output RPM : 13 - 온 도 : -25℃~+60℃
○ Motor
- 형 식 : ADOR 63-4/50 - 정 격 : AC 480V, 60Hz, 3Φ 0.18kW, 0.9A, 1690rpm
○ Actuator - Output RPM : 38 - 온 도 : -25℃~+60℃
표 1 AUMA Actuator 규격
2.1.3 AUMA-Matic 외형 및 부품구성
AUMA-Matic 내부 구성은 Positioner, Logic Board, Thyristor Unit, Power Supply Board, Fuse Board등이 있으며, 외부에는 선택스위치 및 조작스위치가 있어 현장에서도 조작이 가능하도록 되어있다.
그림 2 AUMA-Matic 외형사진
그림 3 AUMA-Matic 설치상태
2.1.4 AUMA-Actuator 설치상태 및 부품구성
그림 4 AUMA-Actuator 부품 구성도 2007년도 대한전기학회 하계학술대회 논문집 2007. 7. 18 - 20
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그림 5 AUMA-Actuator 설치상태
AUMA-Actuator 내부 구성은 Worm Gear, Torque Switch, Limit Switch, Potentio-Meter, Mechanical Position Indicator등으로 구성되어 있으며 모든 Setting을 위한 스핀들이나 스크루들은 외부표시판에 배열 되어 있다.
2.2 설비의 현황 및 문제점
AUMA Actuator 설치현황은 아래와 같다.
구분
분야 수량 비 고
FD Fan - A/B 8 기존제품 계속 운영 ID Fan - A/B 8 탈질설비 추가설치로 교체(2006～07년)
BUF - A/B 8 기존제품 계속 운영
표 2 AUMA Actuator 설치 현황 (4개호기 기준)
ID Fan 개조공사 후 ID Fan용 Actuator 동작시 이음(“딱딱”) 발생하 고 있으며, 이 소음은 진동에 의한 것은 아닌 것으로 판단되며, Actuator 내부에서 금속이 부딪치는 소리로 측정되었다.
구 분 측정횟수 Max/Min L50 LEPd Leq
ID Fan-A 1 103/81 82 82 82.5
2 102/82 83 83 83
ID Fan-B 1 106.9/82.5 83.5 83.7 84
2 105/83 84 84 84
표 3 현장에서 소음측정 및 점검(4호기) Sound Level Meter : Type 2236 Fulfils(Denmark) 2.3 원인분석
ID Fan용 Actuator 동작 시 이음(“딱딱”)발생은 Motor Shaft와 동력 전달용 Actuator Worm Shaft에 6mm Gap 때문에 발생하고 있다.
AUMA Motor 회전축과 Warm Gear 연결 Coupling 부분에 6mm Gap이 있어 Actuator Open/Close 동작 시 이음(Coupling 부딪치 소리) 이 발생하며 기존의 AUMA Actuator 회전수 보다 신규 AUMA Actuator 회전속도가 증가하여 AUMA Actuator Coupling에서 큰 소음 이 발생한다. Actuator Coupling의 6mm Gap은 Motor 기동시 기동토크 감소를 위해 설계된 것으로 공차로 공급사에서 제시한바 있다.
동력전달은 Motor → Worm Shaft → Worm Gear → Blade 구동 순서 로 된다.
그림 6 Actuator Worm Shaft 그림 7 Motor Shaft
그림 8 Matic 분리 설치 그림 9 Actuator 및 Arm 설치
그림 10 AUMA Motor 회전축과 Warmgear 연결 Coupling부분 6mm Gap
Actuator 기동이 빈번할수록 장기간 운전시 비례제어 동작을 기대 할 수없을 것으로 예상되며, Matic 캐비닛 내부 Power 케이블과 신호 케이 블 분리되어 있지 않았다. 설치환경에 대한 문제점(진동)은 사업소에서 기시행 완료하였고, Actuator를 직접 연결방식에서 Motor와 Matic을 분 리하여 설치하였다. Actuator 기동이 빈번할수록 장기간 운전시 비례제 어 동작을 기대 할 수없을 것으로 판단되고, Matic 캐비닛 내부 Power 케이블과 신호 케이블 분리되어있지 않았다. 사업소에서 Actuator를 직 접 연결방식에서 Motor와 Matic을 분리하여 설치하였다.
Type
Starts in millions
Number of starts per hour at a
min service life expectation starts per hour Max min. 5,000h 10,000h 20,000h
SAR07.1
-SAR10.1 5 1,000 500 250 1,200
표 4 AUMA Regulating Actuator Service Life 3. 결 론
건설후 계속하여 사용하던 발전소의 설비개선이나 추가로 설치되는 기기로 인해 기존 시스템에 영향을 주어서는 안되며, 설계실수나 예상하 지 못 했던 사유가 발생하여 다시 설비개선을 해야 할 경우가 발생한다.
ID Fan 교체로 신규 설치한 AUMA Actuator의 Open/Close 동작 시 이음이 발생하며 이음이 운전에 직접적인 영향을 없으나, 장시간 운전 할 경우 Coupling 마모로 기존 Actuator보다 부품 교체시기가 빨라질 것으로 전망된다.
또한 마모가 진행되면 ID Fan Blade의 정밀한 제어가 어려울 것으 로 예상되며, 신설 Actuator는 기존 제품보다 감속비가 낮아 출력 Shaft 회전속도가 빠르므로 개도제어를 위한 모터 On Pulse 폭이 짧으 므로 원만한 제어동작을 위해서는 Actuator 회전수를 재검토하여 적정 한 것으로 교체를 제시하였다.
Actuator의 동작이 빈번 할수록 기기수명에 악영향을 미치므로 설비 의 안정운전 및 기기 건전성을 확보하기 위해 AUMA Actuator의 Deadband (E)와 Time off(t-off)을 현장여건에 맞게 조정하여야 한다.
현장 Matic 캐비닛 내부의 Power 케이블과 신호 케이블은 분리하여 신호케이블에 Noise 유입 방지방법을 제시하였다.
[참 고 문 헌]
[1] 박두용, 김호열, 김문수 “보일러 배기팬 구동장치 개선‘, 2007
