• Journal of the KSME
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• v.50 no.9
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• pp.34-38
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• 2010

$CO_2$ 포집기술은 크게 연소 후 포집(Post-Combustion Capture), 연소 중 포집기술인 순산소 연소(Oxy-Fuel Combustion) 및 연소 전 포집(Pre-Combustion)으로 구분되며, 이 글에서는 기존의 공기연소 대신에 산소만으로 연소하여 배가스 중의 수분을 응축 제거함으로써 $CO_2$를 포집하는 순산소 기술의 국내 외 개발현황 등을 소개한다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.40 no.9
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• pp.577-587
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• 2016

Although the formation of oxy-fuel MILD combustion is considered one of the promising combustion technologies for high thermal efficiency, low emissions and stability have been reported as difficulties. In this paper, the effect of combustor geometry and operating conditions on the formation of oxy-fuel MILD combustion was analyzed using numerical simulation. The results show that the high temperature region and average temperature decreased due to an increase in oxygen inlet velocity; moreover, a high degree of temperature uniformity was achieved using an optimized combination of fuels and an oxygen injection configuration without external oxygen preheating. In particular, the oxy-fuel MILD combustion flame was found to be very stable with a combustion flame region at equivalence ratio 0.90, fuel velocity 10 m/s, oxygen velocity 200 m/s, and nozzle distance 33.5 mm.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.55 no.6
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• pp.846-853
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• 2017

Cold bed and $30kW_{th}$ pilot bed tests using circulating fluidized bed (CFB) were conducted to apply oxy-fuel technology for waste sludge combustion as a carbon capture and storage technology. In cold bed test, the minimum fluidization velocity ($u_{mf}$) and superficial velocity for fast fluidization was determined as 0.120 m/s and 2.5 m/s, respectively. In the pilot test, air and oxy-fuel combustion experiments for waste sludge were conducted using CFB unit. The flue-gas temperature in 21~25% oxy-fuel combustion was higher than that of air and up to 30% oxy-fuel combustion. In addition, the concentration of carbon dioxide was more than 80% with the oxygen injection range from 21% to 25% in oxy-fuel CFB waste sludge combustion.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.34 no.11
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• pp.957-964
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• 2010

The deflagration-to-detonation transition (DDT) causes a strong pressure wave that can adversely affect surrounding structures. The pressure generated by multiple detonative pulses is strong enough to cause metal surface erosion and chipping of the edges of bulk structures. In this study, we investigate the damage caused by the DDT phenomenon and perform hydrocode simulations to evaluate the structural damage caused to a metallic pulverized-coal injector used in a pulverized-coal-oxygen combustion furnace. The experimental conditions are selected in order to accurately model the damage caused to metal injectors that are exposed to multiple DDT pulses.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.57 no.3
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• pp.400-407
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• 2019

Oxy-combustion with a circulating fluidized bed (Oxy-CFBC) technology has been paid attention to cope with the climate change and fuel supply problem. In addition, Oxy-CFBC technology as one of the methods for carbon dioxide capture is an eco-friendly that can reduce air pollutants, such as $SO_2$, NO and CO through a flue gas recirculation process. The newly developed $100kW_{th}$ pilot-scale Oxy-CFBC system used for this research has been continuously utilizing to investigate oxy-combustion characteristics for various fuels, coals and biomasses to verify the possibility of fuel diversification. The anthracite is known as a low reactivity fuel due to a lot of fixed carbon and ash. Therefore, this study aims not only to improve combustion efficiency of an anthracite, but also to capture carbon dioxide. As a result, compared to air-combustion of sub-bituminous coal, oxy-combustion of anthracite could improve 2% combustion efficiency and emissions of $SO_2$, CO and NO were reduced 15%, 60% and 99%, respectively. In addition, stable operating of Oxy-CFBC could capture above 94 vol.% $CO_2$.

• Proceedings of the SAREK Conference
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• 2009.06a
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• pp.365-366
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• 2009

미분탄 순산소 연소는 기존의 연소 방법과는 달리 산화제로 O2/CO2를 사용함으로써 NOx의 발생을 감소시킬 수 있으며, 고농도의 CO2를 쉽게 회수 할 수 있어 큰 주목을 받고 있다. NOx의 배출저감을 위한 기술로는 로 내에서의 재연소(reburning), 단계(staging) 연소등이 있으며, 후처리 NOx 저감기술로는 SCR, SNCR등이 있다. 그러나 이러한 기술들은 비용이 비싸다는 단점이 있으며, 미분탄 순산소 연소조건에서는 화염 안정성이 감소하는 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 화염의 안정성과 밀접한 관련을 가지는 화염전파속도에 대해 미분탄 순산소 연소에서 석탄 입자의 물성치와 주위 기체의 특성이 화염전파속도에 미치는 영향을 수치적 방법을 통하여 해석하였으며, NO 저감의 한 방법인 연소가스 재순환(Flue Gas Recirculation)에 따른 연소특성 및 NO 생성 메커니즘의 영향과 석탄을 가스화 시키는 방법에 따른 연료의 연소특성에 대해 해석하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.157-157
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• 2010

우리나라는 기후변화협약에 대응하기 위한 교토의정서를 비준한 국가로서, 아직 온실가스의 의무감축 대상 국가는 아니다. 그러나 2012년부터 시작될 교토의정서 2차 공약기간 중에 브라질, 중국 및 인도와 같이 2차 의무감축대상이 가장 유력시 되는 국가로 지목되고 있으므로, 이러한 변화에 능동적으로 대처할 수 있는 기술적, 사회적, 정책적 방안이 신속히 마련될 필요가 있다. CCS(carbon capture & storage)란 화석연료로 부터 연소시 대기 중으로 배출되는 온실가스($CO_2$)를 포집하여 재생 또는 지중, 해양에 저장하는 기술로서 국가녹색성장 핵심기술중의 하나로 분류되며, 대료적인 $CO_2$ 발생대상인 석탄화력발전소로 부터 $CO_2$ 회수방안, 회수, 처리관련 연구를 포함하여 국내외 적으로 활발한 연구가 이루어 지고 있다. 순산소 연소기술을 통한 $CO_2$ 회수, 처리기술은 연료(천연가스, 석탄, 석유)의 산화제를 공기대신 순도 95% 이상의 고농도 산소를 이용하여 순산소연소를 하며, 이때 발생하는 배가스의 대부분은 $CO_2$와 수증기로 구성되어 있다. 발생된 배가스의 약 70~80%를 다시 연소실로 재순환시켜 연소기의 열적 특성에 적절한 연소가 가능하도록 최적화함과 동시에 배가스의 $CO_2$ 농도를 80% 이상으로 농축시켜 회수를 용이하게 하며, 특히 공해물질은 NOx 발생량을 10ppM 이하로 줄일 수 있다. 천연가스가 생산되는 LNG기지에서 LNG를 기화시키기 위하여 해수식 기화기(ORV : Open Rack Vaporizer와 수중연소식 기화기(SMV ; Submerged Combustion Vaporizer)를 사용하고 있으며, 특히 SMV는 버너를 이용하여 $-162^{\circ}C$ LNG를 $10^{\circ}C$의 LN로 기화시키는 설비로서 이때 연소시 $CO_2$를 상당량 발생시킨다. 본 논문에서는 SMV에서 순산소 연소방식을 적용하여 연료인 천연가스를 연소시키고, 이때 발생되는 $CO_2$와 수분이 주 성분인 배가스를 연소기에 재순환시켜, 연소실내 고온문제를 해결하며, 최종적으로 배가스중 $CO_2$는 $-162^{\circ}C$의 LNG 냉열을 이용하여 고순도의 액체 $CO_2$로 액화시키므로서 $CO_2$의 회수, 처리문제를 해결하는 방식을 소개하고자 한다. 이러한 방식은 천연가스에서 발생되는 $CO_2$ 회수를 LNG 냉열을 활용하므로서 폐열을 활용하는 에너지 효율적인 문제와 사용가능한 고순도 $CO_2$로 회수하므로서 환경적인 문제를 처리하는 기술이라 할 수 있다.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 2014.11a
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• pp.253-254
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• 2014

지구온난화 문제는 한국가의 문제가 아니라 인류의 문제로 대두되어 많은 이에대한 많은 연구가 이루어 지고 있다. 지구온난화의 주 대상물질인 화석연료로부터 연소시 발생하는 이산화탄소를 감축하기위한 많은 규제와 노력이 요구된다. CCS(Carbon Capture & Storage)란 화석연료로 부터 연소시 대기 중으로 배출되는 온실가스($CO_2$)를 포집하여 재생 또는 지중, 해양에 저장하는 기술로서 국가녹색성장 핵심기술중의 하나로 분류되며, $CO_2$ 회수방안, 저장, 처리관련 연구를 비롯하여 국내외 적으로 활발한 연구가 이루어 지고 있다. 또한 순산소 연소기술을 통한 $CO_2$ 회수, 처리기술은 연료의 산화제를 공기대신 순도 95% 이상의 고농도 산소를 이용하여 순산소연소를 하며, 이때 발생하는 배가스의 대부분은 $CO_2$와 수증기로 구성되어 있다. 발생된 배가스의 약 70~80%를 다시 연소실로 재순환시켜 연소기의 열적 특성에 적절한 연소가 가능하도록 최적화함과 동시에 배가스의 $CO_2$ 농도를 80% 이상으로 농축시켜 회수를 용이하게 하며, 동시에 공해물질은 NOx 발생량을 10ppM 이하로 줄일 수 있는 기술이다. 천연가스를 생산하는 LNG기지에서 연소에 의한 이산화탄소를 발생시키는 기기로는 수중연소식기화기(SMV ; Submerged Combustion Vaporizer)를 들 수 있다. SMV는 버너를 이용하여 $-162^{\circ}C$ LNG를 $10^{\circ}C$의 LN로 기화시키는 설비로서 특히 동절기에 작동시키며 $CO_2$를 배출시키는 연소기다. 본 연구에서는 수중연소식 SMV에 순산소 연소방식을 적용하여 천연가스와 산소를 연소시키므로서 발생되는 $CO_2$를 LNG냉열을 이용 액체화 시켜 회수하는 연구를 수행하고 있다. 내용중에 수중연 소식 SMV에 대한 순산소 연소기를 개발하는 연구를 수행하였으며, 실제 SMV의 1/10크기, 열량기준 1/900로 모형을 제작하여 실험하였다. 연소기 노즐 은 직경 0.6mm, 배가스가 수조내에서 48개의 노즐을 제작하였다. 실험결과 일정량 이상의 $CO_2$ EGR율이 일정 값 이상이 되면 화염의 길이가 공기/NG 화염 길이와 큰 차이가 없었으며 $CO_2$ EGR율이 100%이상에서는 $CO_2$ EGR율 증가에 따른 화염길이 변화는 크게 나타나지 않았다. CO 배출 농도는 공기/NG 연소의 경우보다 높게 나타났으며, ${\lambda}$가 1.4보다 높은 조건에서는 측정되지 않았다. NOx의 배출 농도는 약 1~8ppm으로 나타났다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.59 no.3
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• pp.417-428
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• 2021

The combustion characteristics of anthracite, which follow a complex process with low reactivity, must be considered through the dynamic behavior of circulating fluidized bed (CFB) boilers. In this study, computational fluid dynamics (CFD) simulation was performed to analyze the combustion characteristics of anthracite in a pilot scale 0.1 MW_th Oxy-fuel circulating fluidized bed (Oxy-CFB) boiler. The 0.1MW_th Oxy-CFB boiler is composed of combustor (0.15 m l.D., 10 m High), cyclone, return leg, and so on. To perform CFD analysis, a 3D simulation model reactor was designed and used. The anthracite used in the experiment has an average particle size of 1,070 ㎛ and a density of 2,326 kg/m³. The flow pattern of gas-solids inside the reactor according to the change of combustion environment from air combustion to oxygen combustion was investigated. At this time, it was found that the temperature distribution in air combustion and oxygen combustion showed a similar pattern, but the pressure distribution was lower in oxygen combustion. addition, since it has a higher CO₂ concentration in oxygen combustion than in air combustion, it can be expected that carbon dioxide capture will take place actively. As a result, it was confirmed that this study can contribute to the optimized design and operation of a circulating fluidized bed reactor using anthracite.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.56 no.5
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• pp.631-640
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• 2018

The application of an oxy-combustion circulating fluidized bed combustor (Oxy-CFBC) for low grade coals has recently developed in the world to meet the continuous increase of energy demand and to achieve the reduction of greenhouse gases. Since demo plants for Oxy-CFBC have been developed, the combustion properties of Oxy-CFBC in various operation conditions, such as gas flow rates, combustion temperature, fuel, and so on, should be investigated to develop design criteria for a commercial Oxy-CFBC. In this study, a computational simulation tool for Oxy-CFBC was developed on the basis of the IEA-CFBC (International Energy Agency Circulating Fluidized Bed Combustor) model. Simulation was performed under various conditions such as reaction temperature ($800^{\circ}C{\sim}900^{\circ}C$), oxygen contents (21%~41%), coal feeding rate, Ca/S mole ratio (1.5~4.0), and so on. Simulation results show that the combustion furnace temperature is higher in oxy 1 than air fired. However, the temperature gradient tended to decrease with increasing oxy mixing percent. In case of $SO_x$, the higher the Ca/S mole ratio and oxy mixing percent, the higher the desulfurization efficiency.