• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2008년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.361-363
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• 2008

탄소 개질반응은 $1200^{\circ}C$(도1) 이상에서 모든 탄화물질과 수분 또는 $CO_2$ 사이에서 흡열/환원반응이 일어나서 합성가스를 생성한다. 개질반응로는 산화반응로와 연결되어, 수소가스와 CO 가스의 혼합인,합성가스가 산화반응로 내에서 산소가스와 연소하여 열과 $H_2O+CO_2$를 생성하여 환원 반응로 내로 유입되어, 환원 반응로를 $1200^{\circ}C$ 이상으로 유지하고, $H_2O$와 $CO_2$는 석탄 속의 모든 탄소를 CO로 개질한다(도2). 동시에 수소가스가 생성되어 합성가스를 생성하게 된다. 석탄 속의 비탄소 물질인 슬래그(Slag)는 개질로 내에 남게 되는데, 개질로를 슬래그 융점(non-fluid point) 이하에서 고체상태로 포집함으로서 Fly-ash로 처리된다. 개질로 내의 온도를 $1200{\sim}1300^{\circ}C$(석탄 슬래그 융점)로 유지함으로서 개질반응이 지속되어 합성가스가 생성된다. IGCC 시스템에서는 합성가스를 가스터빈 속에서 $O_2E가스와 연소하여 고온의 가스를 생성하여 터빈을 가동해 발전을 하고 배출가스를 $1500{\sim}1700^{\circ}C$에서 배출한다. 재래식 IGCC(도4)에서는 ${\sim}1500^{\circ}C$의 배출가스를 열교환 시스템에 의해 증기를 생성하여 Steam turbine(증기터빈)을 가동하여 추가 전력을 생산했다. 그러나 본 시스템에서는 배출가스(증기와 $CO_2E 가스)를 위의 개질로에 유입하여 개질로 온도를 $1200{\sim}1300^{\circ}C$로 유지함으로서 더 많은 합성가스를 생성 하게 된다(도3). 이렇게 하여 Oxidation-reduction cycle을 형성하게 된다. 새로운 IGCC 시스템에서 가스 터빈의 배출가스가 석탄 개질로에 연결되고 석탄개질로의 합성가스 출구가 가스터빈의 가스 입구에 연결됨으로서,외부에너지 주입 없이 지속 가능한 가스화 반응과 터빈 사이클(Cycle)을 완성하여 IGCC 시스템의 석탄 열효율을 1단계 상승시켰다. 이렇게 설계된 석탄가스화기는 Lurgi형 석탄가스화 기와 달리 석탄개질반응의 효율을 높일 수 있고, 슬래그 처리가 간단하기 때문에 석탄가스화기가 소형화 될 수 있으며 슬래그(Slag)용융에 따른 석탄가스화기의 외벽손상을 피할 수 있다.

• 한국건축시공학회지
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• 제20권5호
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• pp.433-440
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• 2020

콘크리트 공사에서 타설완료 후 마감작업은 표면 평활화, 수밀성 향상, 침하 및 소성수축 균열방지 등의 목적으로 반드시 실시되어야 한다. 그런데, 표면마감작업은 초결과 종결 사이의 소성상태에서 실시 되어야 하는데, 종전의 경우는 기능공의 감에 의해 결정되었다. 이에 일본의 Kato junjj는 초결의 경우 반구형 듀로미터, 종결의 경우 핀형 듀로미터로 추정하는 것을 제안한 바 있다. 그렇지만, 2개의 듀로미터를 사용함의 번잡함 및 시멘트 페이스트의 기기내부 침입으로 인한 고장의 원인이 됨에 따라 본 연구에서는 반구형 듀로미터의 침을 원주형으로 변형시킨 개량형 듀로미터로 개발하였다. 이때 개량형 듀로미터의 사용 가능성은 결합재로 플라이애시의 치환율, 골재에 Coal gasification slag의 치환율을 변화시킨 콘크리트 배합에 적용하여 사용 가능을 분석하였다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제10권3호
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• pp.285-292
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• 2022

본 연구에서는 IGCC에서 발생되는 CGS를 각각의 전처리 공정마다 콘크리트 잔골재 품질 평가를 수행하였다. 전처리 공정 시스템은 순환 잔골재 생산설비를 기반으로 구축되었다. 각각의 전처리 공정 시스템에 따른 측정값을 반복측정 분산분석을 통해 전처리 공정의 통계적 유의성을 분석하였다. 분석결과 전처리 공정 시스템 전·후의 CGS 잔골재 품질의 경우 밀도는 5.2 % 상승, 흡수율은 1.86 % 감소, 0.08 mm체 통과량은 2.25 % 감소, 조립률 및 입도분포 또한 입도 조정이 가능한 것으로 나타났다. 결국, 전처리 공정 시스템은 CGS의 불순물을 제거하고 입도를 개선시켜 물리적 성질 및 입자특성이 향상됨을 확인할 수 있으며, 잔골재로서의 활용하기 위한 CGS의 품질을 KS F 2527에서 규정하고 품질기준 범위 이내로 개선할 수 있는 것으로 나타났다.

• 공업화학
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• 제20권6호
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• pp.638-645
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• 2009

가스화기에서 사용된 고알루미나계 내화물을 분석하여 용융 슬래그에 의한 손상 메커니즘을 조사하였다. 내화물 시료에서 슬래그에 의해 심하게 손상된 부분의 깊이는 부착된 슬래그를 포함하여 12~40 mm이었으며 슬래그 접촉면과 평행 방향으로 형성된 균열을 가지고 있었다. 슬래그와 접촉한 내화물은 미세구조에 따라 손상도가 다르게 나타났다. Fused $Al_2O_3$ 그레인의 경우 경계에서만 깨짐과 기공형성이 관찰되었고, tablet $Al_2O_3$의 경우 슬래그가 입자사이로 침투하여 입자 테두리에 Fe-Al 화합물이 관찰되었다. 결합제로 쓰인 calcium aluminate는 고온의 슬래그 접촉면에서는 슬래그에 용해되어 관찰되지 않았다. 큰 grain 주변에는 냉각 시 재결정된 것으로 보이는 막대형의 $Al_2O_3$ 상이 형성되었고 큰 기공들이 관찰되었다. 따라서 고알루미나계 내화물은 고온의 슬래그 경계면에서 결합제가 석탄 슬래그에 용융되고, 냉각 시 막대형의 알루미나를 형성하며, 이 과정에서 구조적인 변화에 의한 크랙이 형성되면서 구조적 스폴링에 의한 물리적 손상의 영향을 받는 것으로 보인다.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2013년도 제46회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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• pp.65-68
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• 2013

In a syngas cooling system of coal gasification process, fly slag carried by syngas deposit on the surface of heat exchanger. The deposited materials form a fouling layer with several millimeters thickness, disturbing heat transfer between steam and syngas. This study investigates flow and heat transfer characteristics of syngas in helical coil heat exchanger using computational fluid dynamics under clean and fouled surface condition. Process model were also designed and its results are in good agreement with CFD results.

• 공업화학
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• 제31권6호
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• pp.688-696
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• 2020

가스화 공정에서 원료 회분의 연속적인 제거를 위해 회분 성분에 따른 점도 거동뿐만 아니라, 온도가 낮아지면서 형성되는 결정체가 점도에 미치는 영향이 연구되어야 한다. 본 연구에서는 석유코크스 슬래그의 주성분 중 CaO와 V2O3 성분의 변화에 따른 슬래그의 점도 거동과 결정 분석을 통해 이 두 성분이 석유코크스 슬래그 점도에 미치는 영향을 조사하였다. 각각의 함유량을 변화시키면서 약 1600 ℃부터 약 1100 ℃까지 온도를 낮추며 점도를 측정하였고, 냉각된 시료의 결정상이 분석되었다. 측정된 시료는 대부분 결정형 점도 거동을 보여주었다. V2O3의 농도가 증가할수록 점도는 유리형에서 결정형으로 변화하였고, Tcv도 증가하는 경향을 보여주었다. CaO의 경우 농도가 증가할수록 낮은 점도와 낮은 Tcv를 보여주었다. 기준 시료를 포함한 모든 시료의 상, 중, 하부에서 다른 결정을 볼 수 있었다. 상, 중부에는 anorthite와 Ca-V 상이 관찰되었으면 하부에서는 주로 V2O3 결정과 anorthite이 관찰되었다. 슬래그의 바나듐은 Ca-V상, V-Fe, 용융 슬래그 상을 형성한다. 융점이 낮은 Ca-V 상은 점도를 낮추는데 기여하는 것으로 보인다.

• 공업화학
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• 제22권5호
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• pp.566-574
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• 2011

석탄가스화기는 석탄가스화복합발전과 석탄간접액화 공정에서 고효율을 얻기 위한 중요한 설비 중 하나이다. 현재 여러 종류의 석탄가스화기가 성공적으로 사용되고 있지만, 간단하면서도 신뢰도를 높일 수 있는 다양한 설계 변경이 가능하다. 건식 분류층 가스화기 4종류의 형태를 제시하고 이들을 체류시간, 가스화기 출구 합성가스의 온도, 합성가스 조성을 중점으로 비교하였다. 설계개념이 적정한지를 우선 파악하고자 반응을 배제한(cold-flow) CFD 해석을 먼저 수행하였고, 실제 가스화기 조건을 반영한 화학반응이 고려된(hot-flow) 해석을 수행하여 비교하였다. 가스화기 설계에 CFD를 적용하는 데는 슬랙의 거동과 슬랙탭 설계 등 측면에서 제한적이기는 하지만, 다양한 설계개념 중에서 가능성이 높은 가스화기 형태의 범위를 좁히는 데 매우 유용하게 사용될 수 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.73.1-73.1
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• 2011

분류층 석탄가스화기에서 슬래그의 원활한 배출은 가스화 플랜트 운전 및 성능에 중대한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 가스화기의 운전 온도에서 슬래그 점도가 일정수준 이상인 경우에는 가스화기 하부 슬래그 배출구 막힘 현상을, 일정 수준 이하일 경우에는 Membrane wall의 slag 두께가 얇아져 가스화기 수냉벽에 열적 악영향을 미친다. 가스화기의 안정적인 운전을 위한 석탄 선정 시, 석탄 슬래그의 용융온도 및 점도의 파악이 중요하다. 일반적으로 석탄슬래그의 용융온도는 ASTM D-1857 절차에 따른 환원분위기에서의 회융유온도(FT)측정을 통해, 점도는 고온점도측정 실험을 통해 분석하고 있다. 이런 실험적인 분석방법은 다양한 슬래그조성 및 온도 변화에 따른 영향을 살펴보기에는 많은 시간과 비용이 발생하므로 슬래그조성 및 온도 변화에 따른 용융온도 및 점도 예측이 필요하다. 본 연구에서는 200여 탄종의 회용유점 측정 결과와 FactSage에서 예측되는 슬래그 결정상 생성 및 회용유점(FT)에서의 고체분율과의 상관관계를 분석하였다. 이를 바탕으로 다양한 Ash 조성(SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO)에 대한 회용유점(FT)을 예측할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 또한 50여 탄종의 슬래그 점도 측정 결과를 Facsage에서 예측되는 결정상 종류 및 Ash 조성을 기준으로 분류하였다. 결정상 종류 및 Ash 조성을 기준으로 기존 슬래그점도예측모델를 활용하여 보다 정확한 슬래그 점도 예측 프로세스를 개발하였다. 본 연구 결과는 플랜트 운전 결과 검증을 통하여 석탄 가스화 플랜트에 적합한 석탄의 선정, 혼탄 비율 및 첨가제 투입량 결정을 위해 활용될 것으로 기대된다.

• 한국결정성장학회지
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• 제25권1호
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• pp.27-31
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• 2015

내화물은 슬래그 등과의 화학반응뿐만 아니라 입자 충돌이나 마찰에 의한 물리적인 마모도 일어난다. 그러나 내화물의 에로젼에 의한 마모에 대해서는 거의 알려져 있지 않다. 본 실험에서는 내화도가 1300과 $1500^{\circ}C$인 캐스터블에 대해서 SiC 마모입자의 입사 각도에 따른 마모량의 변화를 분석하였다. 그 결과 최대 마모량을 나타내는 각도는 입자가 내화물에 수직으로 부딪힐 때가 아니라 $60{\sim}75^{\circ}$로 입사될 때인 것을 알았다. 또한 내화물의 기공률이 에로젼 마모에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 생각되었다.

• 한국연소학회지
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• 제18권1호
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• pp.21-26
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• 2013

In the Shell coal gasification process, the syngas produced in a gasifier passes through a syngas cooler for steam production and temperature control for gas cleaning. Fly slag present in the syngas may cause major operational problems such as erosion, slagging, and corrosion, especially in the upper part of the syngas cooler (gas reversal chamber, GRC). This study investigates the flow, heat transfer and particle behaviors in the GRC for a 300 MWe IGCC process using computational fluid dynamics. Three operational loads of 100%, 75% and 50% were considered. The gas and particle flows directly impinged on the wall opposite to the syngas inlet, which may lead to erosion of the membrane wall. The heat transfer to the wall was mainly by convection which was larger on the side wall at the inlet level due to the expansion of the cross-section. In the evaporator below the GRC, the particles were concentrated more on the outer channels, which needs to be considered for alleviation of fouling and blockage.