• Korean Chemical Engineering Research
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• 제47권5호
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• pp.580-586
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• 2009

본 연구에서는 2 MWe 규모 순환유동층 발전소에서 중국산 유연탄과 북한산 무연탄의 혼합연소특성을 실험적으로 고찰하였다. 중국유연탄과 호주유연탄을 과잉공기량과 층온도 등을 변수로 실험한 결과, 연소효율은 석탄입자의 입도와 석탄중의 휘발분의 영향을 받으며, 이 때 미연탄소분은 Fly ash 5~7%, 바닥회 0.3% 수준으로 중국 유연탄의 연소효율은 99.5% 이상을 보였다. 북한산 무연탄과 유연탄의 혼소시 혼합비 20%에서 무연탄의 평균입도가 작아 연소실에서 비산되는 입자로 인해 연소효율은 5% 이상 저하되었다, 그러나 $SO_2$와 NOx의 배출농도는 크게 변화하지 않았다. 배출되는 대기오염물질의 농도는 $NO_x$ 200~250 ppm($O_2$ 6%), $SO_2$ 100~320 ppm($O_2$ 6%)이었다. SCR 공정에서 2~13 l/min 범위의 $NH_3$ 공급으로 30~65%의 $NO_x$가 저감되었다. Limestone을 이용한 노내탈황에서 약 Ca/S 몰비 6.5를 공급했을 때 $SO_2$가 75% 제거되었고, $Mg(OH)_2$를 흡수제로 하는 FGD를 운전했을 때 pH 5.0 이상에서 100% 탈황효과를 보였다.

• 청정기술
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• 제28권1호
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• pp.46-53
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• 2022

본 연구에서는 석탄과 유동사 그리고 응집가속물질인 수산화칼륨(KOH)을 혼합한 시료를 이용하여 다양한 조건에서 응집특성을 파악하였다. 응집실험은 전기로에서 수행하였으며 샘플시료는 두 가지 방법으로 제작하였다. 첫 번째 방법은 수산화칼륨 분말시료를 석탄과 유동사에 물리적으로 혼합하는 방법이며 두 번째 방법은 수산화칼륨을 수용액으로 만들어 석탄과 유동사에 혼합하여 만드는 방법으로 제작하였다. 물리적으로 혼합한 분말시료 실험조건의 경우 동일 반응시간인 2시간 조건에서 다양한 반응온도와 총 칼륨 함량에 따른 실험을 수행하였다. 실험 결과 반응온도 및 총 칼륨 함량이 증가할수록 응집물 발생량이 증가하는 결과를 나타내었다. 수산화칼륨 수용액을 이용한 실험 조건은 일반적인 유동층 보일러의 운전온도인 880 ℃와 보일러 내 국부적인 고온 영역을 가정한 980 ℃ 조건에서 각각 수행하였다. 분말실험과 동일하게 반응시간 및 총 칼륨 함량 증가에 따라 생성되는 응집물 발생량을 파악하였다. 실험 결과 반응온도 880 ℃ 조건에서는 반응시간 증가에 따라 응집물 발생량 증가가 뚜렷하게 나타났다. 국부적인 고온 영역을 가정한 980 ℃ 조건에서는 상대적으로 짧은 시간 안에 많은 양의 응집물이 발생하는 결과를 보였다. 응집물의 굳기는 칼륨 함량이 증가할수록 점점 단단해지는 특성을 나타내었다. 총 칼륨 함량이 1.37 wt.% 이하일 경우 두 반응온도 모두에서 굳기가 약해 약한 충격에도 부서지는 결과를 보였다. 추가적으로 SEM-EDS 분석을 통해 유동사 응집물과 재 응집물의 표면특성을 관찰하였다. 분석 결과 융동사 응집물과 재 응집물 내 결합 위치에서 다량의 칼륨 성분이 검출되었다. 이 결과를 통해 알칼리성분이 많아질 경우 공융화합물 형태의 응집이 발생할 가능성이 높음을 파악하였다

• 에너지공학
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• 제20권3호
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• pp.191-199
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• 2011

본 연구에서는 Drop Tube Furnace(DTF)를 이용한 $O_2/N_2$, $O_2/CO_2$ 조건에서 산소 농도(12, 21, 31%)에 따른 아역청탄 입자의 연소특성 및 질소산화물 배출특성에 관한 실험과 수치해석을 수행하였다. $O_2/N_2$, $O_2/CO_2$ 조건에서 산소 농도가 증가함에 따라 촤 연소율이 증가하였고 $O_2/CO_2$ 조건하에서 이산화탄소 경계층에서 석탄입자 표면으로의 산소 확산계수가 낮아지기 때문에 촤 연소율이 감소하였다. 산소 농도가 증가함에 따라 배출되는 NO의 농도는 증가하지만 완전 연소 조건인 31%의 산소 농도에서는 오히려 NO의 농도가 감소하였다. 반면, NO 배출 지수는 산소가 증가함에 따라 점차 감소하였다. $O_2/CO_2$ 조건에서 NO의 농도는 Thermal NO의 결여로 인해 $O_2/N_2$ 조건보다 작게 나타났다.

• 대한환경공학회지
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• 제32권2호
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• pp.165-174
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• 2010

석탄 가스화 반응을 모델링하여 습식분류층 석탄 가스화기의 반응특성에 대한 수치해석적 연구를 수행하였다. 본 연구의 목적은 신뢰성 있는 수치해석기술을 이용하여 가스화 장치의 기본설계와 더불어 최적 운전조건의 설정에 있다. 석탄 가스화 반응은 복사가 관여하는 고체와 기체의 이상 난류반응으로서 수증기 증발로부터 휘발화, 촤와 가스의 반응 등 일련의 연소반응의 구조를 가진다. 본 연구에서는 실험과 수치해석적인 방법을 병행하여 연구를 수행하였으며 한국에너지기술연구원에 설치된 1톤 규모의 실험용 가스화기를 대상으로 하였다. 본 연구에서는 기본적으로 상용프로그램을 사용하였으며 석탄 가스화 반응해석에 필요한 여러 서브루틴을 개발하여 해석하였다. 세부 반응 서브루틴의 난류반응은 기본적으로 에디붕괴모델에서 화학적 반응속도의 개념을 조화평균의 형태로 사용하였다. 그리고 석탄입자궤적은 라그란지안 접근방식을 선택하였으며 입자의 궤적 계산에서 저항력에 나타나는 난류비선형적인 문제에 대한 모델도 고려하였다. 이와 같이 개발된 프로그램은 실험에서 얻어진 가스농도와 온도분포 그리고 냉가스 효율 등의 자료들과 비교하여 성능을 일차적으로 검토하였다. 석탄의 입자크기분포, 석탄 슬러리 농도, 그리고 가스화기의 형상변화는 가스화 성능에 직접적으로 영향을 주며 이를 합성가스 생성량과 냉가스 효율을 통해 비교 검토하였다. 본 연구 결과가 비록 물리적으로 타당하고 변수연구의 일관성을 보여주나 기류층 석탄가스화 반응장치의 복잡성을 고려하여 볼 때 보다 많은 실험결과에 대한 정교한 모델검증 노력이 신뢰성 있는 프로그램의 완성에 필요할 것으로 판단된다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권1호
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• pp.53-59
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• 2015

본 연구에서는 발전소의 혼합연료로서 바이오매스인 호두껍질(Walnut Shell)에 대한 연소특성을 조사하기 위하여 열중량 분석기(TGA)와 분류층 반응기(DTR)를 이용하여 실험을 수행하였다. 바이오매스 WS는 기존 석탄과 비교하여 낮은 온도 영역에서 활발한 연소반응을 보였고, 활성화 에너지 또한 낮은 값을 가짐으로써 연소반응속도가 더욱 증가함을 확인할 수 있었다. 바이오매스 WS와 역청탄의 혼소에 있어서 고정층 분석에서는 혼소 영향이 선형적으로 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 그렇지만 분류층 반응기에서는 바이오매스 혼소율을 5%증가 시에는 UBC가 감소하다가 이후에 다시 UBC가 증가하는 Non-additive 현상을 확인할 수 있었다. 이는 바이오매스의 급격한 연소로 주위에 산소 부족현상이 생겨 석탄의 연소가 지연되는 것을 보여준다. 이 현상을 해결하기 위하여 산소를 증가시켜주었을 때 더 높은 혼소율을 성취할 수 있음을 보여주었다.

• 자원리싸이클링
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• 제29권6호
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• pp.125-132
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• 2020

국내 순환유동층보일러형 발전소 석탄재의 주요 광물 및 희토류의 이동특성을 분석하여 석탄재 중 희토류 성분의 농축 가능성 검토를 위해 체 분리 및 침출을 통한 주요 광물의 분리 및 제거에 따른 희토류 성분의 이동특성을 평가하였다. 석탄재의 주요 광물로는 경석고, 자철석 및 석영으로 확인되었으며, 세계 석탄재 희토류 평균값(404 ppm)의 30% 수준 함량으로 확인되었다(실험대상: 123 ppm). 석탄재에 포함된 희토류 성분 중 90% 이상은 주로 자철석과 함께 이동하는 특성을 보였고, 10% 이하의 성분이 석영과 함께 이동하는 것으로 확인되었다. 이는 발전소 연소 방식 차이에 따라 발생된 석탄재 특성에 따른 영향으로 판단된다. 이에 국내 순환유동층보일러 석탄재로부터 희토류 성분 농축을 위해서는 자철석 분리가 필요하며, 이와 관련된 선별 기술 개발 및 확보가 요구된다고 판단된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.146.1-146.1
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• 2011

석탄가스화복합발전(IGCC)공정에서 가스화기를 거쳐 생성된 합성가스로부터 $CO_2$를 효과적으로 분리/회수하기 위해 가스 고형화법을 제안하였다. 가스 하이드레이트 형성과정에서의 반응특성을 살펴보기 위하여 반응시간에 따른 가스소모량과 기상의 $CO_2$ 조성 변화를 측정하였다. 순수계와 촉진제 첨가계 (TBAB (10, 40 wt%), TBAF (10, 34 wt%), THF (4, 19 wt%))에 대하여 하이드레이트 생성 후의 기상과 하이드레이트상의 $CO_2$ 조성을 측정하였으며, 그 결과 하이드레이트 형성법에 의해 고농도의 $CO_2$가 하이드레이트상에 포집되는 것을 확인하였다. 가스 소모량 측정실험에서는 THF 19.1 wt%를 첨가하였을 때 가장 큰 소모량을 보였으며, TBAF 10 wt%를 첨가하였을 때 가장 적은 가스소모량을 보였다. $CO_2$ 조성 변화 실험에서는 가스 소모량 실험과 마찬가지로 THF 19.1 wt%를 첨가하였을 때 가장 큰 조성변화를 보였다. 이는 THF의 첨가로 인하여 가스 하이드레이트로의 전환율 증가로 많은 양의 $CO_2$ 기체가 하이드레이트 상에 포집되었음을 나타낸다. 속도론적인 측면에서는 모든 실험조건에서 하이드레이트 형성반응이 1시간 이내에 대부분 종결되는 것을 볼 수 있었다. 또한 $^1H$-NMR을 통하여 혼합가스 하이드레이트의 구조적인 분석을 진행하였다. 본 실험에서 얻어진 결과는 가스 하이드레이트 형성법을 이용한 합성가스 분리 공정 개발에 중요한 기초자료가 될 것으로 사료된다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권8호
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• pp.683-691
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• 2015

순환유동층연소기술은 적용 연료의 다양화, 설비의 경제성 그리고 환경성이 우수하여 최근 전력생산기술로 관심이 증대되고 있으며 최근 전력생산을 위한 재생에너지 사용 의무규정에 따라 재생에너지의 연소특성을 파악하는 것이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 순환유동층반응기에서의 석탄과 우드펠릿을 혼소하여 혼소율에 따른 배기배출물 특성과 반응기 내부 가스온도특성의 환경성과 연소성을 실험적으로 분석하여 나타내었다. 총 공급 발열량을 기준으로 각 연료의 공급량을 변경하여 혼소율을 결정하였다. 베드물질로 강모래(7호사)를 적용하였다. 순환유동층반응기에서 우드펠릿 혼소율 증가에 따라 후단부에서의 가스온도가 감소하였고, CO, NOx, HC 및 SOx의 발생량은 우드펠릿의 혼소비가 30% 이하의 경우 혼소비 증가에 따라 감소하는 경향을 나타내었지만 30% 이상의 경우 CO, HC 및 SOx 발생량은 오히려 증가하는 경향을 나타내었다.

• 에너지공학
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• 제14권1호
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• pp.1-10
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• 2005

석탄의 열분해 압력이 촤의 연소 반응성에 미치는 영향을 가압열중량 분석기를 사용하여 고찰하였다. 사용되어진 탄은 알라스카, 아다로, 데니소브스키탄으로서 압력을 상압, 8기압, 15기압으로 변화시키면서 휘발분 방출량을 측정하고 열분해 압렵별로 생성된 촤의 반응성을 상압하 500℃에서 평가하였으며 생성된 촤의 결정구조, 표면적 및 기공특성, 화학적 특성을 분석하였다. 열분해 압력이 증가함에 따라 휘발분 방출량은 감소하였고 고압에서 생성된 촤의 반응성이 작았음을 알 수 있었다. 이는 반응표면적과 기공특성의 차이로 생각되어지며 열분해 압력에 따른 촤의 화학적 특성과 결정구조는 큰 차이를 보이지 않았다. 상압, 5기압 15기압하에서 3개 촤의 연소 반응속도를 측정하였으며 알라스카 촤의 경우, 15기압에서 연소반응성 지수 획득실험을 수행하여 56.8KJ/mole의 활성화에너지, 222.34(1/min)의 빈도계수 값을 얻었다.

• 한국가스학회지
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• 제27권4호
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• pp.62-69
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• 2023

화력발전소용 석탄에 대한 연소기술의 발전과 원가절감을 위해 저급탄의 사용량이 지속적으로 증가하고 있다. 연소 시 수분에 의한 증발잠열 손실이 크고 탄을 저장하고 미분화하는 과정에서 자연발화와 분진의 폭발위험이 있다. 본 연구는 국내 D 발전사에서 채취한 석탄분진(coal powder)으로 Coal dust-fine, Coal dust-coarse, Wood pallet+organic dust 및 Wood chip 4종에 대한 최소폭발농도와 폭발강도를 비교 평가하였다. 석탄 분진의 최소폭발농도는 JIS Z 8818:2002에 따라 측정하였으며, 폭발강도는 Siwek 20 L Chamber Apparatus를 이용하여 ASTM E1226에 따라 실험을 실시하였다. 최소폭발농도 시험결과 coal dust-fine가 분진폭발 위험이 있는 것으로 나타났으며, wood chip의 분진농도 130 g/m³에서 폭발이 일어나므로 가장 낮은 분진농도에서 폭발의 위험이 있는 것을 알 수 있었다. 분진폭발 등급 기준에 따르면 Kst가 200 bar m/s 이하로 모든 시료가 폭발등급 St 1등급에 해당되며, 폭발의 위험성이 약한 분진으로 평가되었다.