본 연구에서는 복합발전시스템의 외기온도 변화로 인한 출력저하 문제를 극복할 수 있는 LNG 냉열 이용 복합발전 시스템을 제안하였다. 본 연구에 의해 제안된 LNG 냉열 이용 복합발전 시스템의 타당성을 검토하기 위해 ASPEN과 GateCycle을 이용한 시뮬레이션 모델을 구성하였고, 모델에 의해 예측한 결과를 실제 발전소 성능시험결과와 비교하여, 본 시뮬레이션 방법의 예측정확도를 검증하였다. 본 시뮬레이션 방법을 토대로 LNG 냉열을 이용하여 가스터빈의 유입공기를 냉각시켰을 경우의 복합발전 시스템 성능변화를 분석하였다. 그 결과 LNG 냉열을 이용하여 유입 공기를 원하는 온도까지 냉각시켜 하절기에도 출력을 일정하게 유지시킬 수 있음을 확인할 수 있었고, 이를 위한 기스터빈과 LNG 간의 열교환기 설계기준도 제시하였다.

원유 정제의 가장 heavy한 잔류물인 중잔유(heavy residual oil)의 IGCC 프랜트의 적용성능을 평가하기 위한 방안으로, 정적시스템 모사방법을 사용하여 중잔유를 발전 연료로 사용한 IGCC 플랜트를 모사하였다. 모사에 적용한 중잔유는 Visbreaker Residue와Butane Asphalt이며, 시스템 모사방법의 검증을 위해서, 중잔유의 가스화 반응 모사결과를 Shell사에서 발표한 실증자료와 비교하여 사용된 모사방법이 적절함을 입증한 후 이 결과를 이용하여 IGCC 플랜트에 대한 모사에 적용하였다.

A methodology for on-line data reconciliation and optimization has been proposed to minimize the energy cost of a utility system. As industrial data tend to be corrupted by noise or gross error, fast and robust data reconciliation technique is essential for the on-line optimization of utility system. Thus, we propose the hierarchical decomposition approach that can be applicable to on-line data reconciliation and optimization. As this approach divides whole system into several subsystems and removes the nonlinearity of constraint systematically, it handles complexity of system easily and shows good performance in accuracy and computation speed. Through case studies, we prove that this methodology is a good candidate for on-line data reconciliation and optimization.

최근 우리나라가 직면하고 있는 국가 경쟁력 상실이 기술개발의 부족에 기인하는 것으로 보고, 이를 개선하기 위해 그간 대기업의 소품종 대량생산을 위주로 하는 산업체제를 기술중심의 고부가가치를 갖는 다품종소량생산 체제로 전환하는 구조조정을 유도하고 있다. 우리나라의 원자력 연구개발은 표준경수로 설계기술의 자립이라는 1단계 기술개발 목표를 달성하고, 이를 바탕으로 보다 높은 수준의 기술을 달성하기 위해 2010년을 계획기간으로 하는 원자력진흥종합계획을 수립하고 있다. 본 연구는 이러한 기술개발 활동을 통해 습득된 원자력기술을 내부적으로는 개발된 기술의 유용성을 증대하고, 외부적으로는 국가 경쟁력 강화 노력에 따라 발생하는 기술수요 노력을 능동적으로 지원할 수 있는 원자력 기술확산의 가능성을 분석하였다. 이를 위해 원자력기술과 다른 기술 분야와의 기술연관성을 조사하여 원자력기술의 확산가능성을 분석하고, 기술이 응용되고 있는 구체적인 사례를 조사하였다. 또한 기술파급이 실제 이루어지고 있는 경우에 이루어지는 기술확산의 경로와 유형들의 체제를 분석하였다.

안전조치 측면에서 관심의 대상이 되어온 중수형 원전의 건식저장고 및 사용후 핵연료 이송 검증을 위한 안전조치 접근방법이 국가 계량관리 검사의 이행을 위하여 개발되었다. 이는 IAEA 사찰장비를 활용하지 못하는 우리나라의 현실을 반영하여 자체 개발된 비파괴검증장비가 이용되며, IAEA 안전조치 기준을 만족시킬 것으로 기대된다. 건식저장고에 대한 국가 계량관리 검사기준은 자체 개발된 비파괴검증장비와 봉인에 의존하는 기준이 제안되었으며, 검증활동은 시설운영자의 부담경감을 위하여 IAEA 사찰이 실시되는 기간동안 동시에 실시되도록 되어 있다. Transfer campaign 검증을 위하여 3명의 국가 계량관리 검사관이 검증활동에 참여하게 되며, 이를 통하여 이송작업의 연속성 유지 및 시설운영자의 부담경감 등이 달성됨과 함께 사참량의 감소가 기대된다. 본 논문은 국가 계량관리 검사의 시작과 함께 현실적인 어려움을 극복하면서, IAEA의 안전조치 기준을 만족하는 안전조치 접근방법을 제시하고 있으며, 안전조치 목적을 보다 적합하게 달성할 것으로 기대된다.

중수형 원전과 경수형 원전의 핵연료 교체방식, 핵연료 특성, 원전에 설치된 사찰장비 등의 안전조치 특성 관점에서 비교 분석되었는 바, 이는 중수형과 경수형 원전에 투입되는 사찰량의 차이가 10배 이상 투입되는 근본적인 원인으로 파악되었다. 특히 사찰량의 비교를 위하여 사찰시 수행되는 단위활동별로 소요시간을 측정하여 향후 국가 계량관리 검사 수행시 사찰량을 절감할 수 있는 요소들을 정확히 파악하여 사찰량 절감방안을 도출하는데 기여할 것으로 기대된다. 또한 우리나라가 보유하고 있는 원자력발전소 유형인 중수형과 경수형 원전에 대한 안전조치 측면에서의 특성을 상호 비교함으로써 안전조치 접근방법에 정확한 이해와 국가 계량관리 검사절차서의 개선에 기여할 것으로 기대된다.

Dynamic models have been developed for the coal gasification process by using a modular approach method. The complete unit is divided, for the convenience of the analysis, into several sections, viz. the coal feeding system, the gasifier, the gas cooler, the valves, the pumps, etc. The dynamic behaviour of each section is described in mathematical terms and each term is modulized into several submodels consisting of the complete process. To represent the behaviour of the fluid flow, the hydraulic network is proposed. Results for the more important system variables are presented and discussed. There dynamic models enable process and control engineers to quickly review a wide range of alternative operating and control strategies and help operators to easily understand the process dynamics and eventually can be applied to the design of commercial scale IGCC plants.

Bench Scale급 석탄가스화기에서 배출된 slag의 거동을 살펴보기 위해서 Drayton탄(호주)과 Kideco탄(인도네시아)으로부터 생성된 slag의 조성, 형상, 잔존탄소함량 및 중금속 성분들을 분석하였다. Drayton탄 slag는 표면이 매끄럽고 다공성을 띄며 crack이 거의 없었고 결정구조가 비정형(amorphous)인 반면에, KIDECO탄 slag의 경우는 표면이 거칠고 crack이 상당히 많이 존재하는 것으로 나타났다. Slag중에 함유된 잔존탄소함량은 두 대상탄 모두 1% 이하를 보임으로써 slag의 재활용 기준인 3%를 만족하였다. Slag 재활용시 중금속의 2차적인 환경오염을 우려하여 석탄중에 포함된 중금속 함량 분석결과 대부분의 중금속이 slag중에 용융되어 안정한 화합물로 존재하고 있었으며, slag의 용출수 분석결과 중금속으로 인한 2차 환경오염 문제는 없을 것으로 판단된다.

표면연소버너의 모재 중 최근 많은 관심을 끌고 있는 금속섬유를 이용한 LPG 및 COG의 연소특성을 파악하였다. 연소모드, 매트 표면온도분포, 공해물질 배출량, 버너 전후단 압력 손실을 측정한 결과, COG 연소시가 더 넓은 범위의 적열영역을 얻을 수 있었고, 매트의 평균 표면온도도 높았다. NOx 발생량은 100ppm 이하였고, 연소부하 50kcal/$ extrm{cm}^2$hr에서의 매트 전후단의 압력손실은 30mmH2O로 압력손실은 거의 없었다. 적열범위나 표면온도분포 등이 가스별로 약간의 차이를 보였으나, 매트의 종류에 크게 상관없이 안정연소를 달성할 수 있어 가스 특성이 상이한 각종 가스의 연소에 표면연소기술의 적용이 가능할 것이다.

R22 대체냉매로 R410A를 사용하는 가정용 분리형 에어컨의 성능을 향상시키기 위한 연구를 실험적으로 수행하였다. R22 시스템에서 냉매와 압축기의 오일만 교체할 경우 기본시스템에 비해 냉방능력은 17% 증가하였고 에너지 소비효율은 29% 감소하였다. 이를 해결하기 위해 고압냉매 R410A에 적합한 압축기와 시스템의 효율을 향상시키기 위한 고효율 응축기를 개발하였다. R410A 압축기와 고효율 응축기를 R410A 시스템에 적용할 경우 냉방능력과 효율이 R22 시스템에 비해 각각 1.8% 와 2.2% 증가하였으며, 소음도 R22 시스템과 동등한 수준을 나타내었다.

도시폐기물의 효율적인 소각 처리를 위해서 폐기물 처리량 50 ton/day의 화격자 소각로를 대상으로 화학반응을 고려하여 연소실 내부의 열유동 현상을 전산모사하였다. 수치해석 프로그램으로 상용코드인 PHOENICS를 사용하여 3차원 모사를 하여 실험으로 파악할 수 없는 연소실 내부의 유동 및 폐기물과 산화제와의 반응을 계산하였다. 건조부, 주연소부, 후연소부에 1차연소용공기, 연료의 분포 및 폐기물의 발열량이 노내 열유동 현상에 미치는 영향을 조사하였다. 1차연소용 공기의 분포에 따라 노내 유동장의 형태에 변화가 있었으며, 벽면에서의 복사열전달을 고려한 경우 2차연소실과 출구근처에서 온도분포가 파일롯트 플랜트 실험결과와 잘 일치하는 r서으로 나타났다.

기존의 천연가스 가스터빈 시스템을 IGCC 발전소에 적용함에 있어 야기되는 탈설계점효과를 고려할 수 있는 압축기 성능곡선의 예측방법을 제안하였다. 압축기 성능해석방법으로는 익렬요소방법에 전압력손실, 유동편차각 모델들을 결합하여 사용하였으며, 본 방법에 의한 예측결과와 실제 압축기 성능실험결과를 비교하였다. 예측결과가 다양한 압축기 운전조건에 대해 시험결과와 비교적 잘 일치하였으며, 이를 통해 본 예측방법이 IGCC 공정설계 및 성능평가시 가스터빈 탈설계점 효과를 분석할 수 있는 기본 모듈로 사용될 수 있을 것이다.

보일러 연도 배기가스 현열을 회수하여 연료가스인 BFG를 예열하기 위한 분리형 열파이프 시스템을 개발하였다. BFG 예열 시스템의 열설계를 위한 전열모델을 수립하고 설계를 위한 프로그램을 작성하였으며 3,700KW급의 실규모 설비를 제작하여 현장적용 시험을 수행하였다. 개발시스템에 대한 실조업 성능평가를 행하여 보일러 운전에 미치는 영향, 시스템 자체의 성능 및 작동특성, 운전과 유지보수성에 대한 종합적인 검토를 수행하였으며 본 시스템의 적용을 통하여 보일러의 열효율이 평균 4% 향상되는 것으로 나타났다. 실조업 평가를 통하여 본 개발 시스템이 BFG의 예열을 위한 최적의 시스템인 것으로 판단되었다.

회전 열파이프의 열전달 성능은 액막 두께 및 증발부로 귀환되는 응축 액막 유동율에 의해 결정된다. 그 동안 응축액 유동율을 촉진시키기 위하여 용기 내벽에 groove, 테이퍼 및 나선형 코일을 삽입하여 유동율을 높이는 방법들이 연구되었다. 본 연구도 회전 열파이프의 내부 관벽 구조에 관한 것으로써 삼각 단면을 갖는 회전 열파이프의 열전달 특성을 파악하고자 하였다. 삼각 단면을 갖는 회전 열파이프는 고속 회전 영역에서 모서리 부분으로 액막이 집중되어 관 내벽에 형성되는 액막 두께를 줄일 수 있으나 증발부에서 국부적인 과열이 발생되어 불안정한 작동 상태를 나타내었다. 따라서 본 연구에서는 개선방안으로 증발부에 부분적으로 원형관을 접합하였으며, 그 결과 dry-out의 억제와 함께 삼각 유동 단면에 의한 액막 두께 감소 효과를 볼 수 있었다. 회전체 발열부 냉각에 적용시키기 위해서는 앞으로 최적의 기하학적 형상에 따른 충전율 및 액막에서의 열전달에 대한 정량적인 해석 연구가 필요할 것으로 생각된다.