1. 내식성
FGD 노즐황산화물, 염화물 및 기타 부식성 화학 물질을 포함하는 고부식성 환경에서 작동합니다. 탄화규소(SiC) 세라믹은 pH 1~14 용액에서 0.1% 미만의 질량 손실(ASTM C863 테스트 기준)을 보이는 탁월한 내식성을 나타냅니다. 스테인리스강(PREN 18-25) 및 니켈 합금(PREN 30-40)과 비교했을 때, SiC는 고온의 고농도 산에서도 공식이나 응력 부식 균열 없이 구조적 무결성을 유지합니다.
2. 고온 안정성
습식 연도 가스 탈황 시스템의 작동 온도는 일반적으로 60~80°C 범위이며, 최고 120°C를 초과하는 경우도 있습니다. SiC 세라믹은 1400°C에서도 상온 강도의 85%를 유지하여 알루미나 세라믹(1000°C에서 강도가 50% 감소) 및 내열강보다 우수한 성능을 보입니다. 또한, SiC의 높은 열전도율(120 W/m·K)은 효율적인 열 방출을 가능하게 하여 열 응력 축적을 방지합니다.
3. 내마모성
비커스 경도 28 GPa, 파괴 인성 4.6 MPa·m¹/²를 갖는 SiC는 비산재 입자에 대한 우수한 내식성(모스 경도 5-7)을 나타냅니다. 현장 시험 결과, SiC 노즐은 20,000시간 사용 후에도 마모율이 5% 미만인 반면, 알루미나 노즐은 30~40%의 마모율을 보이고 폴리머 코팅 금속 노즐은 8,000시간 이내에 완전히 파손되는 것으로 나타났습니다.
4. 유동 특성
반응 결합 SiC의 비습윤성 표면(접촉각 >100°)은 5% 미만의 변동계수(CV)로 정밀한 슬러리 분산을 가능하게 합니다. 또한, 매우 매끄러운 표면(Ra 0.2-0.4μm)은 금속 노즐 대비 압력 강하를 15-20% 감소시키면서 장기간 작동 시에도 안정적인 유량 계수(±1%)를 유지합니다.
5. 유지보수의 간편성
SiC의 화학적 불활성 덕분에 다음과 같은 강력한 세척 방법을 사용할 수 있습니다.
- 고압 물 분사 (최대 250bar)
- 알칼리 용액을 이용한 초음파 세척
- 150°C 증기 멸균
폴리머 라이닝이나 코팅 처리된 금속 노즐에서 흔히 발생하는 표면 손상 위험이 없습니다.
6. 생애주기 경제학
SiC 노즐의 초기 비용은 표준 316L 스테인리스강보다 2~3배 높지만, 8~10년의 긴 수명(금속 노즐은 2~3년) 덕분에 교체 빈도가 70% 감소합니다. 10년 동안 총 소유 비용을 40~60% 절감할 수 있으며, 현장 수리로 인한 가동 중단 시간도 전혀 없습니다.
7. 환경 적합성
SiC는 극한 조건에서 타의 추종을 불허하는 성능을 보여줍니다.
- 염수 분무 저항성: ASTM B117 테스트 5000시간 후 질량 변화 0%
- 산성 이슬점 작동: 160°C의 H2SO4 증기를 견딜 수 있습니다.
- 열충격 저항성: 1000°C에서 25°C로의 급랭 사이클을 견뎌냅니다.
8. 스케일 방지 특성
SiC의 공유 결합 원자 구조는 금속 소재에 비해 스케일 형성 속도가 80% 낮은 비반응성 표면을 만들어냅니다. 결정학적 연구에 따르면 방해석과 석고 침전물은 금속 표면에서 5MPa 이상의 접착력을 형성하는 것과 달리 SiC 표면에서는 1MPa 미만의 약한 접착력을 형성하여 기계적 제거가 더 용이합니다.
기술적 결론
종합적인 성능 평가를 통해 탄화규소 세라믹이 FGD 노즐에 가장 적합한 소재로 선정되었습니다.
- 금속 재질 대비 10배 더 긴 수명
- 계획 외 유지보수 92% 감소
- 일관된 분무 패턴을 통해 SO2 제거 효율이 35% 향상되었습니다.
- 미국 환경보호청(EPA) 40 CFR Part 63 배출가스 기준을 완벽하게 준수합니다.
액상 소결 및 CVD 코팅과 같은 제조 기술의 발전으로 차세대 SiC 노즐은 기존 세라믹으로는 구현할 수 없었던 서브마이크론 수준의 표면 조도와 복잡한 형상을 구현하고 있습니다. 이러한 기술적 발전은 탄화규소를 차세대 배기가스 정화 시스템의 핵심 소재로 자리매김하게 합니다.
게시 시간: 2025년 3월 20일