영흥 화력발전소 1호기 보일러에서 발생된 미연분은 석탄 회의 재활용 및 보일러 효율 측면에서 문제를 일으키고 있었다. 본 연구에서는 미연분 및 사용 석탄의 특성과 현장의 연소조건 분석을 수행하고 보일러 운전조건을 변경하므로서 보일러에서 발생되는 미연분을 저감하고자 하였다. 미연분의 물리, 화학적 분석 결과 대부분 중공(中空)형태의 Cenosphere와 뭉쳐진(Agglomerated) 형태의 Soot로 이루어져 있었다. 영흥 화력발전소에서 사용중인 6개 탄종에 대하여 Tar 및 Soot의 발생 가능량을 CPD(Chemical Percolation Devolatilization) 모델을 이용하여 조사한 결과, Sanseo, Ensham, Elk Valley 탄의 경우 그 발생 가능량이 비교적 적었으며 Peabody, Arthur, Shenhua 탄은 높았다. 영흥 화력발전소 1호기 보일러의 각 미분탄 공급관에서의 미분탄 공급량을 측정하였는데 코너 별로 공급되는 몇몇 버너에서 미분탄이 편중되어 공급되고 있음을 알 수 있었다. 이에 따라 soot가 주성분인 미연분의 산화율을 증가시키기 위하여 과잉공기량을 증가시키고 산화제와의 혼합정도를 높이기 위하여 SOFA(Separated Over Fire Air)의 yaw 각도를 적절히 조절함으로서 미연분의 발생량을 현저히 감소시킬 수 있었다.
석탄화력 발전시 석탄은 석탄회로 발생하게 되는데 비회(fly ash)가 80%, 저회(bottom ash)가 20% 비율로 발생된다. 그러나 이들 대부분은 재활용되지 못하고 매립장에 전량 폐기되고 있고, 비회 및 저희를 매립하는 매립장이 포화될 경우 새로운 대체 매립장을 건설하지 못하는 한 석탄화력발전소의 운영을 중지해야 하는 경우가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 비회를 재활용하여 자원화하기 위해 습식 부유선별기술(부선과정)을 이용하여 비회 내 유용성분{미연탄소(unburned carbon, UC), 뮬라이트(ceramic microsphere, CM), 실리카(cleaned ash, CA)}을 회수하였으며, 회수된 유용성분들의 특성분석으로 산업 소재로 재활용 가능성을 조사하였다. 비회로부터 회수된 유용성분의 회수율은 UC 92.10%, CM 75.75%, CA 69.71%로 부선과정을 통하여 UC가 다른 성분보다 회수율이 16 ~ 22% 더 우수한 것으로 나타났다. UC의 연소가능성분(combustible component, CC)은 52.54wt%, 발열량도 $4,232kcal\;kg^{-1}$로 높아서 석탄 기준 C의 함량 100%일 경우 $8,100kcal\;kg^{-1}$로 감안할 때 산업용 연료로 사용이 가능할 것으로 사료된다. CM과 CA의 분리는 pH의 영향으로 UC 보다는 화학적 분리가 효과적이었으며, 회수된 CA의 $SiO_2$ 함량은 78.66wt%, CM의 $SiO_2$ 함량은 53.55wt%로 나타나 산업용 소재로 재활용 가능성을 확인할 수 있었다.
Recent studies have been directed toward obtaining a better understanding of the application of electrostatic precipitators to collect fly ash particles produced in a coal-fired power plant. Electrical resistivity can be described as the resistance of the collected dust layer to the flow of electrical current and is an important property for the collection efficiency in the electrostatic precipitator. In this paper, fly ash resistivity as a function of temperature up to $450^{\circ}C$ has been experimentally investigated using the resistivity meter consisted of the movable electrode, dust cup, and furnace. Resistivity was found to increase with increased temperature up to $200^{\circ}C$ due to the reduction of water concentration and then gradually decrease with increased temperature due to the activation of electrons. As the resistivity of fly ash in the flue gas temperature of $150^{\circ}C$ was measured >$10^{10}$ ohm cm, the efficiency of fly ash removal in the electrostatic precipitator might be expected to be low due to back-corona phenomenon. Flue gas conditioning in the electrostatic precipitator to reduce the resistivity of fly ash as required.
In order to develop effective emission abatement strategies for coal-fired power plants, we analyzed the shutdown effects of coal-fired power plants on $PM_{2.5}$ concentration in June by employing air quality model for the period from 2013 to 2016. WRF (Weather Research and Forecast) and CMAQ(Community Multiscale Air Quality) models were used to quantify the impact of emission reductions on the averaged $PM_{2.5}$ concentrations in June over Chungcheongnam-do area in Korea. The resultant shutdown effects showed that the averaged $PM_{2.5}$ concentration in June decreased by 1.2% in Chungcheongnam-do area and decreased by 2.3% in the area where the surface air pollution measuring stations were located. As a result of this study, it was confirmed that it is possible to analyze policy effects considering the change of meteorology and emission and it is possible to quantitatively estimate the influence at the maximum impact region by utilizing the air quality model. The results of this study are expected to be useful as a basic data for analyzing the effect of $PM_{2.5}$ concentration change according to future emission changes.
A thermodynamic simulation method is developed for the process design and the performance evaluation of the gas turbine in IGCC power plant. The present study adopts four clean coal gases derived from four different coal gasification and gas clean-up processes as IGCC gas turbine fuel, and considers the integration design condition of the gas turbine with ASU(Air Separation Unit). In addition, the present simulation method includes compressor performance map and expander choking models for considering the off-design effects due to coal gas firing and ASU integration. The present prediction results show that the efficiency and the net power of the IGCC gas turbines are seperior to those of the natural gas fired one but they are decreased with the air extraction from gas turbine to ASU. The operation point of the IGCC gas turbine compressor is shifted to the higher pressure ratio condition far from the design point by reducing the air extraction ratio. The exhaust gas of the IGCC gas turbine has more abundant wast heat for the heat recovery steam generator than that of the natural gas fired gas turbine.
석탄화력발전소는 저부하에서 효율 향상을 위해 변압운전으로, 고부하에서는 정압으로 운전하는 복합변압운전 방식으로 운전하고 있으며, 복합변압운전에는 2밸브 및 3밸브 전개모드로 구분되어 운영되고 있다. 각 발전소는 제작사 권고에 따라 터빈제어밸브 모드를 선택하여 운전하고 있으나 최적의 변압운전 부하범위로 운전되고 있지 않고, 각 발전소별 부하범위 또한 상이하게 구성 되어있다. 최적의 변압운전 부하범위로 설정되지 않으면 터빈밸브 교축 손실 발생에 따른 고압터빈 내부효율 저하가 발생되어 플랜트 효율이 저하된다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 본 논문에서는 터빈제어밸브 모드별 최적의 변압운전 부하 범위를 개선하기 위해 각 부하별 열 성능 분석 방법을 통해 최적의 부하범위를 선정하고자 한다.
The main purpose of this study is to develop the greenhouse gas emission factor for power plant using bituminous coal. The power plant is a major source of greenhouse gases among the sectors of fossil fuel combustion, thus information of its emission factors is very essential to the establishment of control strategies for the greenhouse gas emissions. These emission factors derived in this study were compared with those of U. S. EPA, AGO and CCL. The $CO_{2}$ concentrations in the flue gas were measured using NDIR analyser and the GC-FID with a methanizer. The amount of carbon (C) and hydrogen (H) in fuel was measured using an elemental analyzer. Calorific values of fuel were also measured using a calorimeter. Caloric value of bituminous coal used in the power plants were 5,957 (as received basis), 6,591 (air-dried basis) and 6,960 kcal/kg (dry basis). Our estimates of carbon emission factors were lower than those of IPCC. The CO2 emission factors for the power plants using bituminous coal were estimated to be 0.791 Mg/MWh (by carbon contents and caloric value of the fuel) and 0.771 Mg/MWh (by $CO_{2}$ concentration of the flue gas). The $CO_{2}$ emission factors estimated in this study were $3.4\sim 5.4\%$ and $4.4\sim 6.7\%$ lower than those of CCL (2003) and U. S. EPA (2002).
The main purpose of this study is to investigate mineralogical and chemical changes during natural weathering, and assess the mobility of major and trace elements. Yongwol power plant utilize anthracite coal which is mainly composed of illite, kaolinite, pyrophyllite and quartz in mineralogy. Coal and coal-derived fly ash samples were sampled by the electrostatic precipitator in Yongwol coal-fired power plant in Korea. Short term weathered fly ash were also collected in ash disposal mound, and two profile soil samples were taken from an ash near the power plant. Amorphous materials are the main component of the fly ash, and mullite, quartz, magnetite and heamatite are present in all coal-derived fly ash. In chemistry, Si and Al are the most abundant elements of the total content. The ash samples were fractionated into upper $90{\mu}m$ and under $45{\mu}m$ size. Finer particles show higher concentrations in metal contents including Co, Cr, Cu, Ni, V, Zn and Pb. Concentration of Zn and Pb are nearly 4 times higher concentration in the finer particles. For the profile samples, the concentrations of $SiO_2$, $Na_2O$, MgO and $K_2O$ generally show increasing trends with depth, whereas those of $Fe_2O_3$ and $TiO_2$ appear to decrease with depth. Content of MnO does not show any specific depth trend. For the trace elements, Co, Cu, Ni and V show increasing concentrations with depth.
국내외적으로 전기화의 가속으로 인해 전력수요가 급증됨에 따라, 석탄화력발전소의 수요가 늘어나고 있다. 석탄화력발전소는 경제적으로 많은 이점이 있지만, 대기오염물질 증가, 발전회의 매립 처분에 의한 오염 유발 가능성 등의 환경적인 문제를 수반하고 있다. 특히, 발전부산물인 발전회의 경우에는 재활용률이 70%에 그치고 있으며, 나머지는 전량 매립되고 있다. 본 연구에서는 발전회의 재활용률을 증대시키고 지하에 위치하는 폐광산의 지반 안정성을 확보하기 위하여, 발전회를 폐광산 채움재로 이용하여 지하 폐광산의 채굴 공동을 충전하는 방안에 대한 기초연구를 수행하였다. 암반과 폐광산 채움재의 접합부에서 상호작용에 의한 충전 및 지반보강 효과를 분석하기 위하여, 다양한 거칠기를 갖는 절리면 모사 시료를 제작하여 접합강도 시험과 직접 전단시험을 수행하고 이에 대한 통계분석을 수행하여 절리면의 거칠기와 재령일에 따른 접합 및 전단거동 특성을 규명하였다. 또한 접합부 거동특성이 전산해석 기법을 이용한 지반안정성 분석에 미치는 영향을 검토하기 위하여 지하광산을 모델링하고 접합부 유무에 따른 거동특성을 비교하였다.
Purpose Retrofit, defined to be addition of new technologies or features to the old system to increase efficiency or to abate GHG emissions, is considered as an important alternative for the old coal-fired power plant. The purpose of this study is to propose mathematical method to model multiple alternative retrofit in Generation Capacity Expansion Planning(GCEP) problem, and to get insight to the retrofit patterns from realistic case studies. Design/methodology/approach This study made a multi-alternative retrofit GECP model by adopting some new variables and equations to the existing GECP model. Added variables and equations are to ensure the retrofit feature that the life time of retrofitted plant is the remaining life time of the old power plant. We formulated such that multiple retrofit alternatives are simultaneously compared and the best retrofit alternative can be selected. And we found that old approach to model retrofit has a problem that old plant with long remaining life time is retrofitted earlier than the one with short remaining life time, fixed the problem by some constraints with some binary variables. Therefore, the proposed model is formulated into a mixed binary programming problem, and coded and run using the GAMS/cplex. Findings According to the empirical analysis result, we found that approach to model the multiple alternative retrofit proposed in this study is comparing simultaneously multiple retrofit alternatives and select the best retrofit satisfying the retrofit features related to the life time. And we found that retrofit order problem is cleared. In addition, the model is expected to be very useful in evaluating and developing the national policies concerning coal-fired power plant retrofit.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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