상부 가스 회수 터빈 유닛 리플래팅

목차

1. TRT 유닛 개요

2. TRT 유닛 현재 운영 분석

3. TRT 유동 통로 최적화 및 변환을 위한 선진 기술 및 설계 방법

4. TRT 유동 통로 최적화 결과

5. 온라인 고로 가스 터빈 에너지 효율 및 수명 분석 관리 지능 시스템

6. TRT 유로 최적화 및 변형 범위와 표준 준수

6. 1. TRT 유로 개조 준수 표준

6. 2. TRT 유로 개조 및 공급 범위

7. TRT 변형 워크플로우 및 사이클

8. 잎 수명 연장 조치 및 이점

9. 품질 보증 및 성능 준수 보증

10. 사후 서비스

10. 1. TRT 개조 현장 서비스

10. 2. 장기 TRT 유지보수 서비스

10. 3. 블레이드 등 예비 부품의 장기 공급

11. 관련 첨부서류

1. TRT 유닛 개요

* * * * * * * * * * * 회사의 1250m3 고로(이하 "* * * * * * 제강"이라 함)는 건식 가방식 먼지 제거를 채택하였으며, 그에 맞춘 고로 가스 터빈 TRT는 고로 상부 가스의 잔여 압력을 이용하여 전기를 생산하여 기업에 막대한 경제적 이익을 가져다주고 있다.

TRT 장치는 시안 산구 파워 주식회사(Xi'an Shangu Power Co., Ltd.)가 초기에 도입한 미쓰이(Mitsui) 및 술처(Sulzer) 기술을 바탕으로 설계 및 제조하였다. 모델명은 MPG9.2-280.6/180이다. 선진국의 최신 TRT 기술과 비교할 때, 국내 TRT 장치의 성능 지표, 특히 유동 통로 효율 측면에서 여전히 큰 격차가 존재한다. 국내 장치의 유동 통로 효율은 65%~75% 수준에 머무르고 있으며, 국제적으로 선진적인 수준인 84~92%보다 상당히 낮다. 따라서 운전 중인 TRT 장치의 유동 통로를 최적화할 필요가 있다.

우리는 독일과 일본에서 개발된 최첨단 TRT 터빈 유로 설계 기술을 도입하여 중국 내 현재 운전 중인 TRT 장치에 적용함으로써 TRT 효율을 크게 향상시켰다. 즉, 기존 가스 유량, 압력, 온도 및 성분 조건 하에서 장치의 발전량이 10%~20% 증가하여 더 높은 경제적 이익을 창출하고 에너지 절약 및 배출 감축에 기여한다.

프로젝트	단위	운전점
		설계점	최대점
현지 대기압	KPa(A)	100
터빈 속도	r/min	3000
터빈 입구 가스 유량	10,000 Nm³/h	245000	270000
터빈 입구 가스 압력	KPa(G)	180	200
터빈 입구 가스 온도	℃	180	230
터빈 출구에서의 가스 압력	KPa(G)	10	10
터빈 시리즈	-	2	2
터빈 출력	KW	7230	9200
표 1 TRT 원래 설계 파라미터

2. TRT 유닛 현재 운영 분석

역사적인 운전 기록에 따르면, 특정 날의 유닛 운전 분석 결과 (그림 1 참조)는 입구 유량의 변동과 함께 유닛의 실제 운전 효율 값이 60-75% 사이임을 보여줍니다.

그림 1 특정 날의 TRT 유닛 운전 상태 (효율 및 입구 유량)

그림 2 특정 날의 TRT 유닛 운전 상태 기록

이와 같은 유형의 유닛에서의 운전점 흐름 용량 분석은 다음과 같습니다:

그림 3. 이 유형의 유닛이 순류 수정 전의 마하 수 분포

그림 4. 이 유형의 유닛이 순류 수정 전의 속도 분포

3차원 CFD 유동장 분석을 통해 이 유형의 단위에서 정엽 및 동엽의 공기역학적 설계가 비교적 뒤떨어짐을 알 수 있으며, 기류 분포에 많은 문제가 존재합니다: 부적절한 속도 및 각도 분포, 분리된 유동 및 후진 프로파일 등입니다. 그림 4에서 보듯이, 두 번째 스테이지 로터 블레이드의 정체점은 전단에서 벗어나 압력면의 앞부분에 위치해 있으며, 명확한 충격각 손실이 발생합니다. 흡입면의 고속 영역은 유동 손실을 증가시킵니다. 첫 번째와 두 번째 스테이지 로터 블레이드의 흡입면에서는 명확한 유동 분리 현상이 관찰되며, 이는 소용돌이 손실과 불안정한 내부 유동장을 초래합니다. 이러한 모든 요인들로 인해 낮은 유동 효율이 발생하며, 유로 최적화가 필요합니다.

3. TRT 유로 최적화 및 개조를 위한 고급 기술 및 설계 방법

4. TRT 유로 최적화 결과

유동 최적화 설계는 위의 분석 및 설계 과정을 따릅니다. 먼저 거시적 (1차원, 2차원) 및 미시적 (3차원 CFD) 계산과 평가를 현재 유닛에 대해 수행하여 현재 유닛 설계의 공기역학적 문제를 분석합니다. 그런 후 최신 반응 터빈 공기역학 설계 개념을 적용하여 유로 배열(1차원), 소용돌이 제어 유동 패턴(2차원), 날개 형상 및 스테이지 매칭을 점진적으로 깊이 있게 최적화하고, 최종적으로 신뢰할 수 있는 공기역학 설계 방안을 마련합니다.

그림 5 원래 자오면 유동 설계

• 자오면 채널 높이 및 각도 설계;

• - 축방향 속도 분포 최적화; - 최적의 날개 종횡비; - 갭 손실 감소;

• 날개 간격 최적화:

• - 이차 유동 손실 및 흔적 손실 감소;

• 반경 방향 소용돌이 제어 재설계;

그림 6 1차원 및 2차원 설계 최적화 후 자오면 유동 설계 및 날개 배열

일차원 및 이차원 설계를 통해 보다 합리적인 경선면 유동 통로 설계를 달성할 수 있으며, 이로 인해 공기 흐름 분포가 더욱 균일해지고, 모든 단계에서의 엔탈피 강하 분포 및 반응도 설정이 적절해진다. 날개의 종횡비, 상대 피치 등 공기역학에 영향을 주는 주요 기하학적 매개변수가 최적 구간에 위치한다. 고급 날개 형상 기술과 와류 제어 기술을 결합함으로써 기존 공기역학 설계에서 발생하던 대부분의 문제를 해결할 수 있다.

위와 같은 최적화 방법과 기법을 사용하여 다음 세 가지의

유입 파라미터가 동일한 조건에서 아래와 같은 3D

유동 최적화 후 동종 유닛의 마하수 분포

위의 그림에서 볼 수 있듯이, 최적화 후 충격각 손실이 명확히 감소하였고 정체점 위치 편차도 보정되었다. 로터 블레이드에서 더 이상 유동 분리가 발생하지 않으며, 2단 스테이터 블레이드 내 유동 분포도 개선되었다. 전반적으로 최적화된 설계는 축방향 및 반경방향 모두에서 유동장 분포를 보다 균일하고 합리적으로 만들었으며, 유체 분리, 2차 유동 손실, 충격각 손실, 배기 손실을 줄이고 전체 효율을 크게 향상시켰다.

최적화된 2단 날개는 순반응형으로 설계되었으며, 부하 계수와 반응도의 매칭이 이상값에 가까워져 잔속 손실을大幅히 줄이고 배기 확산기의 효율을 향상시켰습니다.

동일 유형의 유닛에서 유동 최적화 후의 속도 분포

프로젝트	단위	운전점
현지 대기압	KPa(A)	101.325
터빈 속도	r/min	3000
터빈 입구 가스 유량	10,000 Nm³/h	24. 5
터빈 입구 가스 압력	KPa(G)	180
터빈 입구 가스 온도	℃	180
터빈 출구에서의 가스 압력	KPa(G)	10
터빈 시리즈	-	2
터빈 유동 효율	%	86.0
터빈 출력	KW	8122
표 3 TRT 유동 최적화 결과

위에서 살펴본 바에 따르면, 최적화 후 유로 내부 효율은 86.0%에 이르며, 10% 이상 향상되었다. 동일한 입구 조건(유량, 압력, 온도, 성분 등) 하에서 단위 출력이 892kW 증가하여 설계 값인 7230kW를 초과한다. 산업 평균 전기 요금인 kWh당 0.65위안과 연간 가동 시간 8000시간을 기준으로, 연간 발전량 증가는 731만 6000kWh이며, 발전 수익은 463만 8000위안이다.

변동 작업 조건(부하 부분 하중 및 피크 부하)에서 TRT 장치의 성능이 크게 향상되었으며, 효율 곡선은 더 넓은 가변 부하 범위에서 기존보다 상대적으로 평평하여 전체 TRT 장치가 최적의 고효율 운영 상태에 있습니다.

TRT 날개의 수명이 연장되고 대수 검사 주기가 연장되어 정비 작업량이 감소되었습니다.

단위의 큰 날개 진동, 고추력 타일 온도 등의 문제를 해결하고 단위의 안전성과 사용성을 향상시킵니다.

5. 고로 터빈의 실시간 에너지 효율 및 수명 분석을 위한 지능형 관리 시스템

이 솔루션에는 '고로 가스 터빈의 온라인 에너지 효율성 및 수명 관리를 위한 지능형 시스템'(TELM+ 시스템)도 포함된다. 이 시스템은 가스 터빈의 에너지 효율 지표를 온라인에서 실시간으로 분석할 뿐만 아니라, 운영을 위한 대량의 데이터도 생성한다. 시스템의 지능형 알고리즘과 자체 전문가 시스템을 통해 운영 최적화 제안을 제공하여 설비가 보다 높은 효율 영역에서 운전될 수 있도록 지원한다. 그러나 블레이드 먼지 축적 및 블레이드 침식·손실 유형의 경우, 내장된 지능형 예측 모듈을 통해 인공지능이 블레이드 먼지 축적 정도와 블레이드 손실 유형을 평가하여, 이에 맞는 조치를 취하기 위한 과학적 판단 근거를 제공한다.

시스템은 머신 러닝 기능을 가지고 있습니다. 운영 데이터가 축적됨에 따라 시스템이 자동으로 생성하는 에너지 효율 분석 및 수명 예측 보고서는 더욱 정확해지며, 이는 운영 및 유지보수를 크게 용이하게 하고, 고로 가스 터빈의 운영을 더 효율적이고 건강하게 만들어 운영률을 향상시키고 계획되지 않은 다운타임 시간을 줄입니다.

6. TRT 유동 통로 최적화 개조 범위 및 준수 기준

6. 1 TRT 유동 통로 개조 준수 기준

GBT 28246-2012 "고로 가스 에너지 회수 터빈 팽창기"

GBT 26137-2010 "고로 가스 에너지 회수 터빈 팽창기 열 성능 시험"

JB/T4365 "윤활, 밀봉 및 조정 오일 시스템"

JB/T9631 "증기 터빈용 철 주조품 기술 조건"

JB/T9637 "터빈 조립 기술 조건"

GB/T7064 "터빈형 동기 모터 기술 요구사항"

GB6222 "국가 가스 안전 규정"

YBJ207 "제철기계설비 설치공사 시공 및 검수규범" 수압, 기압 및 윤활 시스템.

위 작업은 최신 국가 표준, 국가 기술 표준 및 산업 표준을 준수합니다.

6. 2 TRT 유동 통로 개조 및 공급 범위

사용자의 TRT 장치 모델과 가동 이후의 실제 상황에 따라 유로 통路过최적화 및 변환은 다음을 포함합니다:

가) 두 단계의 모든 고정 블레이드를 교체한다;

정엽 설계는 특히 진입 가장자리 R에 대해 다수의 계산을 수행하여, 설계점 전후로 넓은 범위에서 다양한 작동 조건 하에서 높은 효율을 보장하고 진입 각도의 넓은 변화 범위에 적응할 수 있도록 합니다.

나) 베어링 실린더를 교체한다;

실린더 베어링 재료는 QT400-15A이며, 구조적으로 중심 위치를 조정하여 제조 오차를 보상하고 외피의 중심과 로터의 중심이 일치하도록 하여 날개와 실린더 벽 사이의 간격을 작고 균일하게 유지하며 신뢰성과 효율성을 향상시킵니다.

다) 두 단계의 모든 회전 블레이드를 교체한다;

블레이드는 탁월한 공기역학적 성능을 가지며, 먼지 축적이 없고 막힘이 없는 특성을 갖는다. 구조는 강도 및 진동 요구 사항을 충족하도록 보장된다. 로터 블레이드는 고강도·내열성 스테인리스강으로 제작된다. 테논은 피라미드형 고강도 형상을 채택하여 블레이드의 피로 수명을 확보한다. 모든 회전 블레이드는 주파수 시험을 거쳐 유지보수 시 참조할 수 있도록 기록된다.

라) 로터(주축)를 교체한다;

주축은 고강도 합금강 25CrNiMoV 일체 단조를 채택하여 재료의 결정상 구조, 물리적 및 기계적 특성이 TRT 운전의 요구 사항을 완전히 충족하도록 보장하고, 자동 균형 테스트를 수행합니다.

마) 회전 블레이드와 고정 블레이드의 밀봉;

컴퓨터 소프트웨어를 사용하여 작업 환경을 시뮬레이션하고, 각 필요 상태에서 날개의 변형과 변위를 엄격히 계산하며, 팁 갭과 루트 갭을 최적화하고 공기 누출 손실을 줄이며 유량 효율을 향상시킵니다.

일련 번호	성명	모델/규격	수량/단위	비고
1	첫 번째 스테이터	소재 17-4PH	1세트
2	첫 번째 로터	소재 2Cr13	1세트
3	제2 스테이터	소재 2Cr13	1세트
4	2단 로터	소재 2Cr13	1세트
5	로터 샤프트	25CrNiMoV	1세트	シャフト端部シール
6	베어링 케이스 (상하) 및 부속품 가이드 링	QT400-15A	1세트	구동 부속품 포함
7	BPRT/TRT 온라인 에너지 효율 분석 및 수명 관리 지능형 시스템	TELM+시스템	1세트	호스트 컴퓨터, 디스플레이
MPG9. 2-280. 6/180 TRT 유닛 유량 최적화 개조 공급 범위

7. TRT 변형 워크플로우 및 사이클

사용자와 TRT 최적화 수정 계약을 체결한 날로부터 6개월 이내에 모든 수정 작업을 완료하고, TRT 운영에 실제로 영향을 미치는 현장 수정 및 설치 작업은 일반적으로 10일을 초과하지 않아야 합니다.

8. 블레이드 수명 연장 조치 및 이점

고진먼지 함량과 짧은 날개 수명을 가진 TRT 유닛 사용자에게서 날개 재질을 업그레이드(17-4PH)하고 표면에 세라믹 코팅을 분무하면 날개 수명을大幅히 연장시킬 수 있습니다(서비스 수명이 두 배 이상 증가), 유지보수 주기 간격을 늘리고 유지보수 작업량을 줄일 수 있습니다.

17-4PH 재료(0Cr17Ni4Cu4Nb)는 구리와 니오비움/콜럼비움을 함유한 석출 경화 마르텐사이트계 스테인리스강으로, 높은 강도와 경도, 우수한 내식성을 갖추고 있다. 열처리 후 제품의 기계적 성질이 더욱 향상되어 인장 강도는 890~1030 N/mm²에 이르며, 산 또는 염분에 대한 내식성도 우수하고, 그 성능은 2Cr13보다 뛰어나다.

	0Cr17Ni4Cu4Nb	2CR13
강성	277~311HB	217~269HB
연신 강도	900~970mpa	690mpa
항복 강도	760~900mpa	490mpa
표 3 블레이드 재료 특성 비교 17-4PH\/2Cr13

TRT 유닛 블레이드의 특수한 작동 환경을 고려하여 스프레이 공정을 적응적으로 개선하였고, TRT 블레이드 표면의 부식 방지를 위해 플라즈마 스프레이 세라믹 기술을 적용하였다. 플라즈마 스프레이는 고온의 플라즈마로 재료를 용융시킨 후, 고속 가스를 이용해 용융된 입자를 부품 표면으로 분사하여 코팅층을 형성하는 공정이다. 세라믹 코팅 두께는 0.35mm이다. 공기역학적 흐름 효율과 블레이드 강도를 확보하는 동시에, 우수한 열 충격 저항성 및 박리 저항성을 갖춘다. 코팅 표면 조도는 낮으며, 처리된 세라믹의 표면 조도는 0.7μm에 달해 매우 매끄럽다. 스케일 억제제와 병용 시 블레이드 수명 연장 효과가 뚜렷하다. 다수의 TRT 사용자 사례에서 이 공정을 적용한 TRT 블레이드는 우수한 내마모성과 내부식성을 보여주었다.

위에서 언급한 수명 연장 기술을 도입함으로써 블레이드의 정비 주기가 기존 수명의 1.5~2배로 연장될 것으로 기대되며, 이로 인해 정비 빈도가 줄고, 정비 비용이 절감되며, 정지로 인한 에너지 절약 효과 손실도 감소한다.

9. 품질 보증 및 성능 기준 보증

보일러 가스 터빈(TRT) 유동 통로의 최적화 및 개조 기술이 선진적이고 안전하며 신뢰할 수 있으며 유사한 적용 성능을 갖추도록 보증합니다;

공급되는 부품의 품질을 보장하고, 납품 전 모든 부품에 대해 필요한 검사 및 시험을 실시하여 전체 설계 및 제조가 관련 규정 요건을 충족하도록 한다. 사용된 재료는 모두 적격 재료이며, 해당 재료의 품질 인증 서류를 제공할 수 있다.

설치 및 디버깅 후, 제공된 부품은 표준에 요구되는 안전성 및 신뢰도에 도달했으며 흐름 수정의 성능 목표 값을 충족합니다:

TRT 흐름의 최적화 및 변형 후, 양측이 합의한 성능 평가 개요에 따라, 계약에서 규정한 작업 조건 파라미터하에서 TRT 발전 전력 증가는 892kW 이상임을 보장합니다.

10 애프터서비스

10.1 TRT 개조 현장 서비스

사용자에게 효율적이고 고품질의 애프터세일즈 서비스를 제공하며, 자격을 갖춘 숙련된 서비스 매니저를 배정하고, 개조 프로젝트의 이행 상황을 정기적으로 보고하며, 계약에 따라 개조에 필요한 부품을 공급하며, 현장 설치, 시운전 및 기타 기술 서비스 업무를 담당할 전문 현장 기술 서비스 인력/팀을 배치한다. 개조된 장치가 계획된 일정에 따라 시운전 및 평가를 완료한 후, 1년 보증 기간 동안 무료 기술 서비스를 제공한다.

10.2 장기 TRT 유지보수 서비스

터빈 엔지니어와 전문가로 구성된 유지보수 팀은 일반적으로 다음 유지보수 서비스를 제공합니다:

실린더를 개방하여 로터를 세척하고, 회전 날개의 수리 또는 교체를 수행하며, 로터 허브의 마모 부위를 수리하고, 축 상의 모든 실링 부품을 교체하며, 저널을 수리한다.

주축 저널, 추력 판 및 날개 루트 웰은 색상 결함 검사를 받아야 합니다.

베어링 실린더의 녹 제거, 변형 검사 및 마모 부품 수리;

고정 날개 수리 또는 교체, 고정 날개 베어링 및 기타 부속품 교체;

로터가 수리된 후 3000 r/min 속도에서 고속 동적 균형 조작 수행.

회전 날개와 정지 날개 사이의 간격 확인;

현장 설치에 필요한 실린더 베어링 봉인 링과 위치 결정 핀;

다른 고객이 요구하는 TRT 서비스

10.3 날개 등 예비 부품의 장기 공급

날개 생산 및 제조 능력을 보유하고 있으며, 날개 예비 부품 창고를 운영합니다. 일반적인 날개는 고객의 긴급한 필요를 충족시킬 수 있습니다.

11. 관련 첨부 파일

주요 가공 및 제조 설비 목록

장치 유형	모델	용량	작업물 무게	수량	원산지
		XxYxZ	(kg)	(세트
수평 가공 센터 (사축)	HM630	1000x800x850	1200	1	Doosan, Korea
수직 가공 센터(오각축)	XHK800	1250 x400 x400	1000	1	중국
수직 가공 센터(오각축)	HL5001A	φ800 x320	1000	1	중국
고속 수직 가공 센터(4축)	VF3SS/ VF3/ VF4	1016 x508 x635	800/1600	6	하스, 미국
수직 가공 센터(4축)	VM1300A	1300 x650 x710	1500	2	중국
수직 가공 센터(4축)	BV100	1050 x510 x560	700	2	중국
레이저 클래딩 시스템	RC-LCD-800W	고정식/이동식	1500/30000	1	중국
스텔라이트 용접/고주파 담금질 시스템	GGC-80-2	1500 x500 x500	500	1	중국
연마대 갈아내기/연마 기계	2M5430	φ200 x50	50	12	중국

수치 제어 기계 공구 그룹

레이저 클래딩 시스템

스텔라이트 용접/고주파 담금질 시스템

로터 설치 및 유지 보수 장치

연마대 갈고리 및 다듬기 머신 그룹

장치 유형	모델	측정 범위		수량	원산지
		XxYxZ		(대만)
좌표 측정 기계	X08107	800x1000x700		1	독일 벤체
50x 프로젝터	JT36-500	200 x100 x70		1	Xintian Optoelectronics
측정 도구	E238	φ280 x380		1	ELBO, Italy
거칠기 측정 기기	SJ-210			1	일본 미쓰
주파수 테스트 시스템	FSA-C	200-1200		1	서안 교통 대학
브린얼 경도계	HB-300B			1	베이징 시대
비파괴 검사 기기	CJW-2000I	0-1500		1	장쑤 산성다
스펙트럼 분석기	WX-5			1	톈진 진페이
좌표 측정 기계 ‍			50x 프로젝터
측정 도구			거칠기 측정 기기
자기 입자 결함 검출기			자기 입자 결함 검출기

11.1 고객 명단

주 터빈 공급업체

Shaanxi Blower (Group) Co., Ltd.

Chengdu Engine (Group) Co., Ltd.

Nanjing Turbine Motor (Group) Co., Ltd.

하얼빈 증기 터빈 공장 유한회사

둥팡 증기 터빈 유한회사

베이징 노스 헤비 듀티 트럭 모터 유한회사

……

최종 고객

허베이 철강 유한회사

산둥 철강 그룹 유한회사

장쑤 샤강 그룹 유한회사

롄펑 스틸(장지아강) 유한회사

창저우 중톈 스틸 그룹 유한회사

간수 주강 그룹 회사

중국 다탕 그룹 공사

차이나 리소시스 일렉트릭 파워 홀딩스 유한회사

……

11.2 경험

중천강철 6# 로터 베어링 스틸의 분해 및 수리

중톈 철강 회사의 10번 로터 수리 — 베어링 스틸 분해 및 조립

중천강철의 7#BPRT 로터 분해 및 날개 교체, 로터 베어링 실린더 수리

사강그룹 화성제철 2#TRT 로터 분해 및 전체 동적 및 정적 날개 교체, 로터 베어링 실린더 글랜드 레이저 클래딩

사강그룹 화성제철 7#TRT 로터 분해 및 전체 동적 및 정적 날개 교체

CSIC 슬라이딩 오일 펌프 증기 터빈 제조, 조립 및 가동

탕산 루이펑 스틸 MPG9.7BPRT 로터 베어링 실린더 분해 및 정비

사강 제1 코킹 18MW 산업용 증기 터빈 로터 조립

산동 환타이 열전 기 25MW 고온 고압 증기 터빈 로터 분해 및 조립 날개

진안 제강 3200 고로 TRT 로터 분해 및 수리

창강 제강 터빈 마지막 단계 로터 분해 및 조립

구quan 제강 3#TRT 로터 분해 및 날개 교체

벤시 제강의 'MAN 터빈' TRT 로터 분해 및 조립 날개 매핑 및 제조

대당 보딩 열전 8#9#125MW 증기 터빈 저압 로터 최적화

진닝 진웨이 50MW 복합 사이클 증기 터빈 최적화

베안 열력 발전소 50MW 복합 사이클 증기 터빈 최적화

후린허 발전소 100MW 증기 터빈 재구성

련풍 제강 25MW 증기 터빈 로터 날개 최적화

련풍강업 3#BPRT 로터 날개 최적화

련풍철강 6#TRT 로터 날개 최적화

련풍강업 4#BPRT 로터 날개 최적화

련풍철강 7#TRT 로터 날개 최적화

11.3 관련 사진