In order to improve thermal efficiency of the fossil fuel power plants, we need to develop advanced materials with superior durability in the ultra-super critical state, which requires surface modifications for superior surface properties. In this study, we coated the Incoloy 901 and 12-17Cr steels for turbine buckets and valves with nitriding, boriding, and $Cr_3C_2-NiCr$ HVOF(high velocity oxygen flow) method. Then the samples were heat treated at $650^{\circ}C$ for 100 hours in vacuum. We analyzed the evolution behaviors of nitrides such as $Fe_3N,\;Fe_4N$, and CrN and borides such as FeB and $Fe_2B$ with XRD and SEM/EDS by comparing hardnesses and compositions of the coated layers before and after the heat treatments.
For many years, T/G Supplier has constructed a number of thermal power plants and researched to improve the performance and the reliability of steam turbine, which are achieved by advances in design and materials technology. In recent, interest is renewed in advance steam condition as means of improving economy of thermal power plant and reducing environmental pollution. Improvements in the maximum power have been driven by the development of advanced rotor and bucket material and longer last stage bucket. Improvements in efficiency have been brought through advance in mechanical efficiency and thermodynamic efficiency. This paper describes a number of new steam path design features introduced to the steam turbine product. And also this paper describes new design technologies' development, new technologies' trend and technologies' development for ultra-super critical steam turbine.
For many years, T/G Supplier has constructed a number of thermal power plants and researched to improve the performance and the reliability of steam turbine, which are achieved by advances in design and materials technology. In recent, interest is renewed in advanced steam condition as means of improving economy of thermal power plant and reducing environmental pollution. Improvements in the maximum power have been driven by the development of advanced rotor and bucket material and longer last stage bucket. Improvements in efficiency have been brought through advances in mechanical efficiency and thermodynamic efficiency. This paper describes a number of new steam path design features introduced to the steam turbine product. And also this paper describes new design technologies' development, new technologies' trend and technologies' development for ultra-super critical steam turbine.
Recently ultra-supercritical steam power plants operate at $1000^{\circ}F$ ($538^{\circ}C$) and 3500 psi (24.1 MPa). Thermal efficiency of power plant will be increased about 2% if steam temperature increases from $1000^{\circ}F$ to $1150^{\circ}F$ ($621^{\circ}C$). In this study valve materials Incoloy901 (IC901) and Inconel718 (IN718) were nitrided to improve the surface hardness and solid lubrication function of the valve materials. The hardness of both IC901 and IN718 increased about two times by ion nitriding. IC901, IN718 and their nitrided specimens were corroded under ultra super-critical condition (USC) of $621^{\circ}C$. and 3600 psi (24.8 MPa) for 2000 hours. Oxidations of both IC901 and IN718 were very small due to the formation of protective oxide layer on the surface. But the corrosion resistance of both nitrided specimens decreased because of the formation of non-protective nitride layer of $Fe_{4}N$, $Fe_{2}N$ and CrN on the surface layer. The hardness of both nitrided IC901 and IN718 at $20{\mu}m$ depth from the surface decreased about 30% and 20% respectively by USC 2000 hours.
The goal of this paper is to develope the control program based on model which can be applied to 1000MW class coal fired thermal power plant. 1000MW class power plant has the higher efficiency and lower cost because the steam conditions of the ultra super-critical process are higher than them of the previous power plants in temperature and pressure. The program includes the state variable controls which have the desired characteristics for the higher temperature and pressure. The program had been developed successfully using advanced process control. The simulation results using the new control program showed the better performance and safer control than them of the previous control program and we could verify the application possibility of the new program for the actual power plant through the load test, comparison, analysis and tuning.
화력발전은 지구온난화의 주범으로 인식되고 있지만, 산업화와 지속적인 국가경제성장에 의한 전력소요 증가는 에너지사용을 증대시켜 에너지 자원의 부족을 초래하고 환경오염물질의 과다배출로 지구 환경문제를 유발하고 있다. 에너지원의 확보를 위한 국가와 지역간 경쟁이 심화되어 새로운 갈등의 원인이 되고 있으며, 지구온난화와 에너지 문제를 해결하기 위해 교토의정서 등 기후변화 협약이 체결되고 화석에너지에 재생에너지로의 에너지원의 전환과 다양화가 추진되고 있지만, 각국의 이해관계와 기술부족으로 완벽한 해결책을 제시하지 못하는 상황이다. 에너지 부족을 해소하고 $CO_2$ 배출량을 저감할 수 있는 가장 효과적인 방안으로 기존 화력발전 효율을 향상시킨 고효율 발전과 Near Zero Emission 수준의 저공해 기술이 결합된 고효율 석탄화력발전시스템을 개발현황을 논하고자 한다.
Boride coating applied on steam turbine parts of power plants has provided good particle erosion resistance under temperature of $550^{\circ}C$, but it isn't able to protect the parts effectively any more in ultra super critical (USC) steam turbine which is being operated up to temperature of $650^{\circ}C$. To ensure stable durability for USC steam turbine parts, an alternative coating replacing boride coating should be developed. In this study, multi-component boride coatings containing elements such as chromium (Cr) and vanadium (V) were formed on base metal (B50A365B) using thermochemical treatment method called by pack cementation. The thermochemical treatments involve consecutive diffusion of boron(B) and Cr or/and V using pack powders containing diffusion element sources, activators and diluents. The top layer of Cr-boride coating is primarily consisted of $Cr_2B_3$ and $Cr_5B_3$, while that of V-boride coating is mostly consisted of $VB_2$ and $V_2B_3$. The (Cr,V)-boride coating is consisted of $Cr_2B_3$, $Cr_5B_3$ and $V_2B_3$ mostly. The top surfaces of 3 multi-component boride coatings show hardness of $3200-3400H_v$, which is much higher than that of boride, about $1600-2000H_v$. In 5 wt.% NaCl solution immersion tests, the multi-component boride coatings show much better corrosion resistance than boride coating.
Ni-base superalloy Haynes 282 was developed as a gas turbine material for use in the ultra-super-critical stage (USC) of next-generation coal-fired power plants. Temperatures in the USC stage exceed $700^{\circ}C$ during operation. In spite of its important role Haynes 282 in increasing the performance of high-pressure turbines, as a result of its high-temperature capability, there is little information on the microstructure, deformation mechanism, or mechanical properties of the cast condition of this alloy. The aim of present study is to examine the creep properties of cast alloy and compare with wrought alloy. The ${\gamma}^{\prime}-precipitates$ were coarsen with the increase of aging time ranging from 8 to 48 hrs. A creep test performed at $750^{\circ}C$ showed faster minimum creep rate and shorter rupture lifetime with the aging time. A creep test performed showed only a slight difference in the rupture life between cast and wrought products. Based on the creep test results, the deformation mechanism is discussed using fractographs.
차세대 발전소재로 주목 받고 있는 초초임계압 페라이트기 강의 고온 등온열화손상을 평가하였다. 고온 등온열화에 따른 가역 투자율을 측정하여 미세조직 변화와의 상관성과 그 영향에 관하여 연구하였다. 고온 등온열화는 미세한 템퍼링 석출물($Cr_{23}C_6$)을 성장시키고, 새로운 금속간 화합물($Fe_2W$)을 생성시켰으며 급격한 조대화를 보였다. 또한, 래스 내부의 전위밀도를 크게 감소시켰다. 가역투자율로부터 측정한 동적 보자력은 등온열화 초기 약 500시간 이내에 급격하게 감소하고 이후 서서히 감소하였다. 이는 자벽에 대한 고착점의 개수감소와 밀접한 관련이 있으며, 미세한 석출물, 전위 및 마르텐사이트 래스와 관련된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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