• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.23 no.3
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• pp.274-284
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• 2012

Recently, gasification technology for coal blended with biomass has been an issue. Especially, An advantages of coal blended with biomass are 1) obtaining high cold gas efficiency, 2) obtaining syn-gas of high-high heating value (HHV), and 3) controlling occurrence of $CO_2$. In this study, the efficiency and characteristic of 300 MW Shell type gasifier were predicted using CFD simulation. The CFD simulation was performed for biomass coal blending ratios of 0~0.2, 0.5, 1 and $O_2$/fuel ratios of 0.5~0.84. Kinetic parameters (A, $E_a$) obtained by $CO_2$ gasification experiment were used as inputs for the simulation. In results of CFD simulation, residence times of particle in 300MW Shell type gasifer presented as 7.39 sec ~ 13.65 sec. Temperature of exit increased with $O_2$/fuel ratio as 1400 K ~ 2800 K, while there is not an effects of biomass coal blending ratios. Considering both aspects of temperature for causing wall slagging and high cold gas efficiency, the optimal $O_2$/fuel ratio and blending ratio were found to be 0.585 and 0.05, respectively.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.22 no.5
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• pp.686-698
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• 2011

Mathematical models for char-slag interaction and near-wall particle segregation developed by Montagnaro et. al. were applied to predict various aspects of coal gasification in an up-flow entrained gasifier of commercial scale. For this purpose, some computer simulations were performed using gPROMS as the numerical solver. Typical design parameters and operating conditions of the commercial gasifiers were used as input values for the simulation. Development of a densely dispersed phase of solid carbon was found to have a critical effect on both carbon conversion and ash flow behavior. In general, such a slow-moving phase was turned out to enhance carbon conversion by lengthening the residence time of char or soot particles. Furthermore, it was also found that guiding the transfer of char or soot into the closer part of the wall to coal burner is favorable in terms of gasification efficiency and vitrified ash collection. Finally, to a certain degree densely dispersed phase of carbon showed an yield-enhancing effect of syngas.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2005.06a
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• pp.561-564
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• 2005

Gasification has been regarded as a very important technology to decrease environmental pollution and to obtain higher efficiency. The gasification process converts carbon containing feedstock into a synthesis gas, composed primarily of CO and $H_2$. And the synthesis gas can be used as a source for power generation or chemical material production. Through more than nine years, IAE developed and upgraded several gasification/melting pilot plant system, and obtained a good quality synthesis gas. This paper illustrates the gasification characteristics and operation results of two 3 ton/day synthesis gas production facilities. One is entrained-bed slagging type coal gasifier system which is normally operated in the temperature range of $1,400\~1,450^{\circ}C,\;8\~10$ bar pressure. And the other is fixed-bed type gasification/melting furnace system using MSW and industrial wastes as a feedstock.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2008.10a
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• pp.250-253
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• 2008

최근 석탄 가스화 기술은 화석연료인 석탄을 기존의 공해물질 발생을 90%이상 줄이면서 고효율로 활용할 수 있는 방법으로 각광받고 있다. 본 연구는 당 센터에서 보유하고 있는 습식 석탄 가스화기의 성능 향상을 위하여 버너의 형태에 따른 미립화 특성을 파악하였으며, 가스화기의 버너로 적용하여 가스화 특성 실험을 실시하였다. 미립화 특성을 파악하기 위하여 개발되어진 3가지 형태의 버너를 Cold Test장치를 이용하여 $O_2$/Fuel Ratio 및 버너의 내부 혼합 방식, 분사각도에 따른 미립화 특성을 관찰하였으며, 입도 분석은 심파텍사의 입도 분석기를 이용하여 측정하였다. 실험 결과 이중혼합식 버너가 미립화 특성이 가장 우수하게 나타났으며, 외부혼합식 버너와 환형 버너의 경우 비슷한 미립화 특성을 나타내었다. 가스화기에 적용하여 실험한 결과 미립화 특성이 우수하게 나타나는 경우 가스화 특성 또한 우수하게 나타남을 확인하였다.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.32 no.2
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• pp.165-174
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• 2010

The numerical modeling of a coal gasification reaction occurring in an entrained flow coal gasifier is presented in this study. The purposes of this study are to develop a reliable evaluation method of coal gasifier not only for the basic design but also further system operation optimization using a CFD(Computational Fluid Dynamics) method. The coal gasification reaction consists of a series of reaction processes such as water evaporation, coal devolatilization, heterogeneous char reactions, and coal-off gaseous reaction in two-phase, turbulent and radiation participating media. Both numerical and experimental studies are made for the 1.0 ton/day entrained flow coal gasifier installed in the Korea Institute of Energy Research (KIER). The comprehensive computer program in this study is made basically using commercial CFD program by implementing several subroutines necessary for gasification process, which include Eddy-Breakup model together with the harmonic mean approach for turbulent reaction. Further Lagrangian approach in particle trajectory is adopted with the consideration of turbulent effect caused by the non-linearity of drag force, etc. The program developed is successfully evaluated against experimental data such as profiles of temperature and gaseous species concentration together with the cold gas efficiency. Further intensive investigation has been made in terms of the size distribution of pulverized coal particle, the slurry concentration, and the design parameters of gasifier. These parameters considered in this study are compared and evaluated each other through the calculated syngas production rate and cold gas efficiency, appearing to directly affect gasification performance. Considering the complexity of entrained coal gasification, even if the results of this study looks physically reasonable and consistent in parametric study, more efforts of elaborating modeling together with the systematic evaluation against experimental data are necessary for the development of an reliable design tool using CFD method.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.115.1-115.1
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• 2010

석탄 가스화기술은 기존의 연소 방식에서 발생하는 공해 물질은 줄이면서 발생되어지는 합성가스를 이용하여 직접 사용하거나, IGCC나 CTL 공정등에서 원료로서 사용할 수 있다는 장점을 가지고 있어 석탄의 환경친화적인 이용을 위하여 오래전에 개발된 기술임에도 불구하고 최근 각광받고 있는 기술이다. 분류층 가스화기는 미분화된 석탄을 고온에서 가스화하는 방식으로 용량의 대형화가 가능하여 석탄가스화복합발전(IGCC)용으로 이용되고 있다. 석탄슬러리를 원료로 사용하는 습식 분류층 가스화기는 기술적으로 상당히 안정적이어서 가장 많이 보급되어진 가스화기 형태이다. 본 연구에서는 1.0T/D급 습식 분류상 가스화 장치의 가압 운전 특성 및 가스화 특성, 운전 조건을 파악하기 위하여 실험을 실시하였다. 실험에 사용된 반응기는 운전 압력 30bar로 설계되었으며, Fuel의 공급량은 50~70kg/hr로 공급하였으며, $O_2$/fuel Ratio를 0.7~1.1까지 변경하여 Fuel 주입량에 따른 내부온도 분포와 $O_2$/Fuel 비율에 따른 합성가스의 조성, 탄소 전환율, 냉가스효율 변화 특성을 알아보았다.

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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• 1998.05a
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• pp.3-8
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• 1998

석탄을 이용한 차세대 발전 시스템으로 석탄가스화 복합발전(IGCC, Integrated Gasification Combined Cycle)이 하나의 대안으로 제시되고 있다. 기존 석탄화력 발전소의 발전 효율인 36-38%보다 적어도 2-6% 우수한 효율을 나타내고 있으며 21세기 석탄 이용시 적용될 환경 규제치를 가장 현실적으로 만족시킬 수 있는 차세대 석탄화력발전 시스템으로 평가받고 있다. (중략)

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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• 2003.05a
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• pp.523-526
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• 2003

본 연구센터에서는 폐기물의 무해화 처리 및 합성가스 제조를 통한 에너지화를 목적으로 가스화용융시스템의 개발을 진행 중에 있다. 현재까지 개발된 가스화용융시스템은 분류층(Entrained bed) 방식의 가스화용융로를 핵심장치로 하고 있으며, 폐유, 중질잔사유, 액상슬러리등의 액상폐기물과 건조하수슬러지, 소각재등의 입자상 폐기물을 대상으로 개발되었다.(중략)

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.106.1-106.1
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• 2010

석탄가스화기술은 매장량이 풍부하여 안정적인 공급이 보장되는 석탄을 이용함과 동시에 환경오염물질 감소라는 사회적 요구조건을 충족시키면서 화학제품, 석탄-가스화, 석탄-디젤화, 연료전지, 복합발전 등 다양한 분야에 응용이 가능한 장점이 있다. 특히 석탄가스화복합기술(Intergrated Coal Gasification Combined Cycle, IGCC)은 석탄을 고온, 고압하에서 가스화시켜 일산화탄소(CO), 수소($H_2$)가 주성분인 합성가스를 제조, 정제 후 가스터빈 및 증기터빈을 복합으로 구동하여 전기를 생산하는 친환경 차세대 발전기술로 주목을 받고 있다. 현재 IGCC 기술은 세계적으로 볼 때 상용화단계에 있고, 우리나라의 경우 한국형 IGCC 기술의 확보를 위한 연구사업이 진행중에 있다. 본 연구는 IGCC 발전플랜트의 발전효율을 결정하는 가장 중요한 부분이라 할 수 있는 가스화반응기의 모델링 기술을 개발하는 목적으로 진행되었다. 본 연구에서는 석탄가스화 반응기에서 발생하는 석탄의 휘발화와 Char의 표면반응 그리고 기상에서의 가스화반응등의 현상을 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics)을 이용하여 모델링하는 방법론이 연구되었다. 해석을 위한 형상은 해석에 소요되는 시간을 줄이고, 형상이 해석결과에 미치는 영향을 줄이고자 2차원으로 구성하였다. 해석을 위한 수학적모델으로는 난류모델, 가스화반응모델, Lagrangian particle tracking, Char reaction 등을 포함하였고, 해석을 위한 Solver는 Fluent를 이용하였다. 모델링결과에 의해 예측되는 합성가스의 조성을 상용급 IGCC 가스화기의 운전결과와 비교해 본 결과 본 연구에서 설정한 모델로 예측되는 온도 및 가스농도가 실험치와 유사하게 나타남을 알 수 있었고 이를 통하여 본 연구에서 설정한 모델링방법이 적절함을 알 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.71.1-71.1
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• 2011

석석탄가스화 기술은 고온, 고압 조건에서 미분탄과 산소의 가스화 반응에 의해 CO와 $H_2$가 주성분인 합성가스를 제조하는 기술로서 차세대 화력발전 뿐만아니라 다양한 화학원료 제조를 위한 분야에서 각광을 받고 있다. 또한, 가스화 기술은 향후 CCS기술, CTL(Coal To Liquid, 석탄액화)기술, SNG(Synthetic Natural Gas, 합성천연가스)생산, 수소생산, 각종 화학원료 생산 등과 연계가 가능한 미래 석탄이용 분야의 핵심 기술이라 할 수 있다. 따라서, 고등기술연구원에서는 이러한 석탄가스화를 통해 양질의 합성가스를 제조하기 위한 기술 개발의 일환으로 pilot급 고온, 고압 건식 분류층 가스화기, 기류수송 방식의 미분탄공급장치, 수냉자켓 구조의 합성가스 냉각장치, 합성가스 중 분진제거를 위한 금속필터 장착 집진장치 등을 연계하여 20기압의 고압 조건에서 장시간 연속운전을 진행하였다. 본 연구에서는 미분탄 공급을 위하여 상부공급 버너를 적용하였고 석탄가스화기는 $1,300{\sim}1,350^{\circ}C$ 정도의 온도에서 운전을 진행하였으며 미분탄을 75 kg/h의 조건에서 연속적으로 공급하였다. 그리고, 이러한 조건에서 5.5일 정도의 연속운전을 진행하는 동안 CO 44~48%, $H_2$ 20~21%, $CO_2$ 4~5% 조성의 석탄 합성가스를 $200Nm^3/h$ 안정적으로 제조할 수 있었다.