순환유동층 발전소의 복병 '클링커'
순환유동층 발전소의 복병 '클링커'
  • 이상복 기자
  • 승인 2013.09.07 00:01
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[썬텍에너지 국제세미나] 존 강 前 JEA 이사 CFBC 운영 최적화 방안 소개
썬텍에너지 소형 바이오매스 CFBC 열병합발전소 견학

썬텍에너지와 동도뉴텍이 주최한 '제2회 에너지.환경.자원 국제기술세미나' 참석자들이 기념촬영을 하고 있다.

[이투뉴스] 미국 플로리다주 북부 잭슨빌시(市)에는 JEA사(社)가 운영하는 297MW급 순환유동층(CFBC) 발전소가 있다. 시간당 100톤의 페트로코크스(석유부산물)를 연료로 1000톤의 스팀과 전력을 인근에 공급하고 있다. 주정부 소유인 JEA사는 이곳을 비롯해 5곳에서 3600MW의 발전소를 운영중이다.

이중 잭슨빌 CFBC 발전소는 고효율·저원가 발전소로 명성이 높다. 유력 전력 전문지인 <POWER誌>가 선정한 '최고의 발전소'에도 이름을 올렸다. 현재는 설비용량보다 높은 310MW의 출력을 내고 있다. 연료는 90%의 페트로코크스와 10%의 석탄을 혼합해 쓴다. 2002년 당시 세계 최대 규모 CFBC로 건설됐다.

하지만 이 발전소의 과거는 낯뜨겁다. 2002년 상업운전 이후 잦은 정지사고와 고장으로 지역의 애물단지가 됐다. 무려 6년간 수시로 고장-정지-정비-재가동되는 고초를 겪었다. 우리 실정에 비쳐보면 상상도 어려운 파행 운영이다. 오죽하면 발전업계조차 'JEA는 정비하느라 시간이 없다'고 비아냥댔다.

최신 발전소를 이처럼 JEA사의 '미운오리 새끼'로 만든 것은 다름아닌 연소연료 찌꺼기였다. 보일러 내부나 증기튜브에 고착된 클링커(Clinker)는 멀쩡한 설비를 수개월만에 무용지물로 만들었다. 고열로 액화된 연료가 설비 구석구석에 달라붙어 효율을 급격히 떨어뜨렸다. 두꺼운 검댕이 달라붙은 방구들은 아궁이에 센불을 넣어도 따뜻해지지 않는 이치다.

실제 잭슨빌 발전소는 가동 수개월만에 보일러 내부가 클링커와 석탄재로 가득찼다. 생산스팀의 온도는 가동 2주만에 화씨 1000도에서 900도로 떨어졌다. CFB 방식은 페트로코크스를 비롯해 다양한 바이오매스를 태울 수 있는 장점이 있는 반면 연료재와 클링커가 다량 발생하는 문제가 있다. 전 세계적으로 수백MW급 CFBC를 운영한 전례가 없었던터라 JEA사가 쉽게 해법을 찾지 못했던 것은 당연했다.

발전소 해체와 개보수 사이에서 고민하던 JEA사는 결국 2007년 전단팀을 꾸려 전면적인 해법 모색에 나선다. 이 팀을 이끌어 발전소를 정상궤도에 올려놓은 이는 바로 한국인 출신인 존 강씨였다. 당시 JEA 이사로 재직중이던 존은 위기에 처한 잭슨빌 발전소를 2년여만에 '화려한 백조'로 다시 태어나게 했다.

해결사로 나선 존은 문제의 원인이 됐던 클링커와 전쟁을 시작했다. 그리고 '왜 클링커와 같은 애쉬(Ash. 재)가 발생할까'라는 본질적 질문에 매달렸다. 그리고 애쉬는 연료 성상이 저급하거나 유동화가 불완전할 때, 스트리퍼(Stripper) 작동값이 비정상적일 때 더욱 증가한다는 점에 주목했다.

존 강 前 미국 플로리다주 jea발전소 이사가 주제발표를 하고 있다.
발전소 정상화의 관건은 이 물질을 최소화하는데 있다는 결론에 다다랐다. 이런 판단에 따라 존은 페트로코크스 등의 발전연료에 특수광물을 배합·투입하는 처방을 내렸다. 분말 형태의 이 광물은 규소 알루미늄 기반의 혼합물이다. 일반적인 암석 가루와 분자구조는 유사하지만 보일러내 화학반응은 천양지차다.

보일러내 알카리 물질과 반응해 애쉬의 녹는점을 높임으로써 유동화가 더 원활히 이뤄지도록 돕고, 튜브 등에 달라붙어 열·전력 생산을 급격히 저하시키는 클링커 발생도 억제하는 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 현재는 이머리스사가 '오로라(Aurora)'라는 상표로 전 세계 플랜트에 공급하고 있다.

특수 처방을 받은 잭슨빌 발전소는 이후 눈에 띄게 성능이 호전됐다. 수개월만에 두터운 클링커로 몸살을 앓았던 밸브가 2년이 지나도록 깔끔한 원형을 유지했고, 싸이클론의 막힘 현상도 일거에 해소돼 정비기간이 크게 줄었다. 보일러내 연소가 좋아지다보니 발전소 전체 출력도 향상됐고 그만큼 연료비도 절감되는 효과로 이어졌다.

존 강은 "CFBC 발전소는 보일러 내부에 체적되는 애쉬가 끈적끈적한 융용상태이냐 아니냐가 중요한데, 페트로코크스와 바이오매스 연료 연소로 인한 애쉬는 보일러 설비 고장의 주원인"이라면서 "한국에서도 최근 CFB 보일러 도입이 확대되고 있는만큼 이같은 점에 각별히 유의해야 한다"고 강조했다.

잭슨빌 발전소를 정상화시켜 세계적인 CFBC 분야의 권위자로 부상한 존 강씨가 지난 5일 방한해 국내 발전 엔지니어들 앞에 섰다. 썬텍에너지가 이날 전주시 전북경제통상진흥원에서 개최한 '제2회 에너지·환경·자원 국제기술 세미나'의 강연자로 나서 국내 기술진에 관련 노하우를 전수하기 위해서다.

3개월전 JEA사를 명예퇴직한 그는 보일러연소 최적화 엔지니어링 기업인 동도뉴텍의 김종협 회장으로부터 "국내 발전사들에도 도움을 주라"는 청을 수락해 한국행 비행기에 올랐다. 이날 세미나에는 존 강씨를 비롯해 중국 CFBC 제작업체인 태원보일러의 유아이총공정사도 발표자로 나서 기술현황에 대한 강연을 펼쳤다.

고원영 썬텍에너지 대표이사는 이날 환영사를 통해 "지구온난화의 주범인 화석연료를 대체하고 발전원가를 절감할 대안을 찾기 위해 전 세계가 부심하고 있다"며 "썬텍에너지는 환경을 보호하고 자원을 재활용하는 것이 해법이란 명제 아래 30톤급 CFBC 우드팰릿 전소 설비를 실증하고 있다"고 소개했다.

고 대표는 "양질의 최신 기술정보를 관련업계와 널리 공유하는 것이 궁극적으로 국익에 기여하는 길이란 생각으로 매년 기술세미나를 개최하고 있다"면서 "모쪼록 이번 세미나가 관련업체들에 실질적 도움이 되는 행사로 마무리 되기를 기대한다"고 말했다.

김형진 서남권청정에너지연구원 원장은 축사에서 "지금은 에너지를 덜쓰고 온실가스를 덜 배출하는 청정에너지, 저에너지소비 시대로 패러다임이 전환되고 있다"며 "이런 시대에 에너지를 효율적으로 이용하는 것과 저에너지 제품을 만드는 기술을 보유한 나라가 장래 에너지강국이 될 것"이라고 강조했다.

한편 6일까지 1박 2일에 걸쳐 진행된 세미나에서 썬텍에너지는 국내 최초 소형 바이오매스 CFBC 열병합발전설비 최신 기술과 공장폐수 유기성슬러지를 자원화하는 신기술을 소개했다. 또 강희열 엔프로텍 대표는 우드펠릿 연료의 최신동향을, 중국 대경고신 일본지사는 페트로코크스 국제동향을 각각 발표했다. 참가자들은 전북 완주시 산업단지에 건설중인 바이오매스 CFBC발전소를 견학하기도 했다.

<전주=이상복 기자 lsb@e2news.com>  

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