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복합화력발전소 가치 높이는
친환경 기술의 발견

폐열 재활용하는 열교환기 수명을 증대하는
코팅 기술 개발 및 사업화
올해의 산업혁신기술상 비에이치아이㈜
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석탄이나 원자력을 활용해 전력을 생산하는 과정에서 고온의 폐열이 발생한다. 특히 화력발전소의 열효율은 40% 수준으로, 이는 총 발생 열 가운데 40%만 전력 생산에 쓰이고 나머지는 버려진다는 의미다. 60%의 폐열 중 40%는 설비에서, 20%는 배출가스에서 발생한다. 이 버려지는 열에너지를 회수해 다른 용도로 활용하는 설비는 발전소의 경제성을 높이고 환경오염을 줄일 수 있는 키KEY가 된다. 비에이치아이㈜는 정부지원사업을 통해 폐열을 회수하는 열교환기 튜브에 고 내부식성의 유약을 개발하고 코팅하는데 성공, 국내외 시장을 공략하고 있다.

word 김규성 photo 김기남

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폐열 회수 열교환기 코팅해 부식 환경 견디게 하다
산업용 폐열 회수 열교환기의 일종인 ‘HRSGHeat Recovery Steam Generator’는 가스터빈에서 배출되는 고온의 배기가스 열을 회수한 후 물을 데워 증기를 만드는 장비다. 만들어진 증기는 배관을 통해 스팀터빈으로 이동한다. 증기의 높은 압력은 스팀터빈의 날개를 회전시킨다. 그 운동에너지로 전기를 생산한다. 이때 광물로 만든 유약(법랑 유약)을 전열관 핀 튜브에 코팅하여 염산, 황산 등의 부식 환경을 견딜 수 있도록 보강한다.
교체 수명 4배, 내부식성 1만4000배 달성한 제품
발전 과정에서 생성되는 고온의 배기가스를 그대로 배출할 경우 환경오염과 에너지 손실이 크기 때문에 많은 발전 플랜트 설비에 열교환기를 사용한다. 그러나 폐열 회수 열교환기는 가동되는 환경에 따라 부식성 물질에 지속적으로 노출되기 때문에 전열관의 손상이 빠르게 진행된다. 부식 환경에 따라 약 1년도 되지 않아 설비의 교체가 필요하고 많은 시간과 비용이 소요된다. 이에 비에이치아이㈜는 부식에 강한 법랑 코팅 기술을 개발했다. 10m 이상의 전열관 핀 튜브에 법랑 유약을 균일하게 도포해 현장에 적용한 뒤 우수한 내부식 성능을 확인했다. 비에이치아이㈜ 제품 사용 시 해외 제품 대비 교체 수명이 4배 이상 증가했고, 유지비 또한 450억 원가량 절감할 수 있었다.

기술연구소 소속으로 연구개발 과정을 총괄한 이종욱 차장은 “당사가 개발한 법랑 코팅의 황산 내부식성은 해외 제품 대비 약 1만4000배, 황산・염산의 복합내부식성은 약 1만3000배의 우수한 성능을 보인다”며 기술에 대한 자신감을 드러냈다.
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신기술 개발, 정부출연금의 517배에 달하는 매출로!
비에이치아이㈜가 개발한 법랑 코팅 기술은 2019년 개발 이후 2023년 상반기까지 약 881억 원의 매출을 달성했는데 이는 R&D 사업에 투입된 정부출연금 1억7100만 원의 517배에 달하는 큰 성과다. 무엇보다 개발 제품이 신규 제품적용에 보수적인 발전소 현장에 바로 적용되었다는 점에서 주목할 만하다. 사업 확대에 따라 채용한 누적 인원은 2022년까지 47명에 달한다. 정부의 환경규제가 강화되면서 향후 폐열 회수 열교환기의 보수・개선이 계속될 것이기에 지속적인 수익 창출이 가능한 모델인 점도 큰 강점이다.

우수한 성능은 해외로까지 입소문이 났다. 국내 실적을 바탕으로 협력 파트너사 KC코트렐을 통해 2021년 대만 전력청 소속 타이중Taichung 화력발전소 5~10호기의 환경설비 사업을 수주해 152억 원의 수출을 달성하기도 했다.
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법랑 코팅을 준비 중인 HRSG.
코팅 전에는 일반 철강(쇠) 색이었다가 코팅 후에
파란색을 띠게 된다.
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복합화력발전소 전환 시기 맞춰 제품 공급할 것
정부는 탄소중립 기조에 맞춰 석탄화력발전소를 줄이고 액화천연가스LNG 복합화력발전으로 대체하는 계획을 추진하고 있다. 법랑 코팅 기술은 복합화력발전소에서도 필수적이다. 내부 전열관의 부식 문제가 발생하기 때문이다. 그뿐만 아니다. 제9차 전력수급기본계획에 따라 기존 석탄화력발전기 60기 중 30년 이상 지나 노후화된 30기를 2034년 내로 폐쇄해야 하기에 교체 작업과 함께 비에이치아이㈜의 법랑 코팅 기술도 빛을 발할 전망이다.

이 차장은 “복합화력발전소는 온실가스 배출량이 석탄화력발전소에 비해 43.5% 적어 석탄발전소를 대체할 현실적인 대안이라 할 수 있다”면서 “환경오염 감소와 원가 절감이라는 두 마리 토끼를 모두 잡을 수 있는 우수한 기술을 통해 ESG 경영에 일조하겠다”고 포부를 밝혔다.

비에이치아이㈜의 법랑 코팅 기술이 적용된 폐열 회수 열교환기가 전 세계의 발전 및 에너지 플랜트에 설치되어 탄소중립에 한발 더 다가설 수 있게 되길 바란다.
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왼쪽부터 김민규 대리,이종욱 차장, 우종인 대표, 장계환 소장, 신상우 대리
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해당 기술 개발을 시작하게 된 계기는 무엇인지?
폐열 회수 열교환기의 유약 코팅 기술 개발에 뛰어든 지 어느덧 10여 년이 흘렀다. 물론 10년 전에도 지구온난화 문제는 큰 이슈였다. 내부적으로 수차례 논의하며 우리도 시대적 조류에 부응하는 제품을 개발해야 한다는 데 뜻을 모았다. 현재까지 결과와 향후 예측되는 탄소 정책을 감안할 때 매우 성공적인 기술 개발과 상용화 과정이었다고 자평한다.
기술 개발 과정에서 가장 중요하게 생각한 목표점은?
제품 신뢰성을 높이기 위한 품질 향상과 가격경쟁력을 최우선적으로 고려했다. HRSG 생산과 코팅 과정을 자동화했고 생산성을 높여 가격경쟁력을 확보할 수 있었다. 더불어 비에이치아이㈜는 절반 이상의 직원이 설계와 개발 관련 인력이다. 이들은 현장과 소통하며 문제점이 무엇인지 파악하고 해당 부분을 개선할 기술이 무엇인지 끊임없이 고민하고 있다. 더 나은 제품과 기술을 개발하고자 하는 도전이 우리의 목표이자 지향점이다.
향후 강화될 환경규제에 발맞춰 새로운 정부 과제나 기술 개발 계획이 있는지?
법랑 코팅은 내부식성, 내마모성, 고온 안정성 등에서 우수한 효과를 보인다. 이에 따라 부식이 잘 발생하는 발전 플랜트, 화공 플랜트, 해수 담수 플랜트 등의 분야에 적용할 수 있을 것으로 보인다. 부식을 줄이면 설비 효율을 높일 수 있고 유지비도 절약된다. 한편으로 새로운 분야에 진출할 신기술 개발을 진행하고 있다. 그린수소 생산 관련 정부 과제를 통해 그린수소 생산 시설인 ‘알칼라인 수전해 스택 개발’을 진행하고 있으며, 암모니아를 고온에서 분해해 수소를 생산하는 ‘암모니아 열분해 크래킹 과제’를 수행하고 있다. 많은 응원과 격려 부탁한다.
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향후 강화될 환경규제에 발맞춰 새로운 정부 과제나 기술 개발 계획이 있는지?
법랑 코팅은 내부식성, 내마모성, 고온 안정성 등에서 우수한 효과를 보인다. 이에 따라 부식이 잘 발생하는 발전 플랜트, 화공 플랜트, 해수 담수 플랜트 등의 분야에 적용할 수 있을 것으로 보인다. 부식을 줄이면 설비 효율을 높일 수 있고 유지비도 절약된다. 한편으로 새로운 분야에 진출할 신기술 개발을 진행하고 있다. 그린수소 생산 관련 정부 과제를 통해 그린수소 생산 시설인 ‘알칼라인 수전해 스택 개발’을 진행하고 있으며, 암모니아를 고온에서 분해해 수소를 생산하는 ‘암모니아 열분해 크래킹 과제’를 수행하고 있다. 많은 응원과 격려 부탁한다.
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비에이치아이㈜
1998년에 설립되어 현재 화력발전, 복합화력발전, 원자력발전, 신재생에너지 등 다양한 발전 분야의 설비 및 제철 설비 제작을 주력으로 한다. 전체 임직원 중 설계 인력 비율이 50%를 넘어설 정도로 기술 개발과 미래 변화 대응 방안을 중시하며, 탄소중립과 신재생에너지 분야별 개발팀에서 신기술 개발에 매진하고 있다. 더불어 오랜 업력을 기반으로 한 강력한 네트워크를 통해 생산 제품의 글로벌 시장을 선점하기 위해 국내외 모든 시장을 공략하고 있다.
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