• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권5호
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• pp.592-602
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• 2014

석탄 가스화 복합 발전(coal-based IGCC power plant)에서 가스화기의 동적 상태와 성능이 플랜트 전체에 큰 영향을 미치므로, 가스화기가 문제 없이 운전 되도록 제어 하는 것은 전체 플랜트의 가동률을 높이는 데 있어 매우 중요한 일이라 할 수 있다. 가스화기의 안정적인 운전을 위해서는 고체 슬래그 층의 두께가 일정하게 유지되어야 하는데, 고체 슬래그 두께는 실시간 측정이 불가능하기 때문에 상태를 추정하여 추론 제어해야 한다. 본 연구에서는 Shell-type 가스화기의 동적 모사 모델을 개발하고 다변수 시스템의 추론 제어를 위한 방법으로 두 가지 선형 예측 제어 기법을 적용하여 그 특성을 분석하였다. 측정되지 않는 변수의 상태 추정을 위해 Kalman 필터 기법을 이용하였다. 측정 불가능한 1차 변수를 대신하여 측정 가능한 2차 변수를 제어하는 전통적인 추론 제어 기법으로는 외란의 종류에 따라 추론 제어가 불가능 할 수 있음을 확인하였고, 측정되지 않는 슬래그 두께를 Kalman 필터 기법을 이용하여 추정하여 성능 예측에 반영하고 외란 모델을 사용하여 예측 제어하는 경우 두 가지 측정 불가능한 외란 모두에 대해 추론 제어가 가능함을 확인하였다.

• 한국결정성장학회지
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• 제29권3호
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• pp.132-139
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• 2019

EPS 단열재는 우수한 단열성능과 경제성, 초경량 등의 장점으로 각광받고 있는 건축재이다. 하지만 EPS 단열재는 가연성 물질로서 화재 시 연소되기 쉽고, 유해가스를 방출시킴으로써 대규모 인명피해를 유발 시킬 수 있다. 따라서 본 논문에서는 산업부산물인 IGCC fused slag 및 Si sludge를 활용하여 초경량 지오폴리머를 제작하고, EPS 단열재의 대체 가능성에 대해 확인하고자 하였다. 그 결과, 조분쇄 상태의 탄소 함량이 적은 IGCC fused slag를 이용하였을 경우 0.04 MPa, $0.064g/cm^3$의 압축강도 및 밀도를 갖는 초경량 지오폴리머를 제작할 수 있었고, 이때의 열전도율은 0.072 W/mK을 나타내었다. 이는 KS M 3808에서 제시하는 EPS 열전도율 값의 1.5~2배 정도의 높은 물성이지만 시중에서 판매하는 EPS 단열재와 큰 차이가 없으며 보통 매립되는 산업 부산물을 재활용한다는 점과 세라믹 재료 특성상 화재시에도 고온에서 버틸 수 있다는 큰 장점이 있기 때문에 화재시 쉽게 발화되어 다량의 유독가스를 방출시키는 EPS 단열재의 단점을 해결할 수 있는 차세대 단열재로서의 가능성은 충분하다고 판단되었다.

• 한국건축시공학회지
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• 제19권5호
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• pp.391-399
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• 2019

본 연구는 국내에 새롭게 도입하고자 시운전중인 석탄가스화복합발전(IGCC)에서 발생하는 석탄가스화 용융슬래그(CGS)를 국내의 부족한 골재자원으로 재활용 가능성을 검토하였다. 즉, 부족한 골재자원확보를 위해 IGCC에서 발생하는 CGS를 빈배합 모르타르인 콘크리트 2차제품용 잔골재로 활용하고자 국내 건설산업에서 가장 많이 사용되고 있는 석산의 부순 잔골재로 양호한 품질의 CSa 및 굵은 입자로 표준입도를 벗어난 CSb와 해사인 SS를 혼합한 혼합잔골재에 CGS를 0~100 % 범위에서 치환하는 것을 검토하였다. 연구결과, CSa 혹은 CSb+SS에 CGS를 25~50% 정도 치환할 경우 골재의 입도측면 및 시멘트 모르타르의 유동성 및 압축강도 측면에서 양호한 결과가 얻어져 활용가능함을 확인할 수 있었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제25권1호
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• pp.97-104
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• 2014

In a coal gasifier for IGCC, hot syngas leaving the gasifier at about 1550oC is rapidly quenched by cold syngas recycled from the gas cleaning process. This study investigated the flow and heat transfer characteristics in the gas quench system of a commercial IGCC process plant under different operating pressures. As the operating pressure increased from 30 bar to 50 bar, the reduced gas velocity shortened the hot syngas core. The hot fly slag particles were retained within the core more effectively, and the heat transfer became more intensive around the hot gas core under higher pressures. Despite the high particle concentrations, the wall erosion by particle impaction was estimated not significant. However, large particles became more stagnant in the transfer duct due to the reduced gas velocity and drag force under higher pressures.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.75.2-75.2
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• 2011

고온고압에서 운전되는 IGCC용 분류층 석탄가스화기는 석탄에 포함된 회 성분을 대부분 용융 슬래그 형태로 가스화기 벽을 타고 흘러내리게 하여 가스화기 하부로 배출시킨다. 이러한 용융 슬래그를 원활하게 배출시키는 것은 가스화기의 안정적인 운전에 있어서 매우 중요하다. 본 연구에서는 슬래그 층 내의 물질수지, 운동량 및 에너지 보존을 고려하여 석탄가스화기내의 슬래그 거동을 해석할 수 있는 모델 식을 유도하였다. 유도된 슬래그 거동 모델 식들을 적용하고 가스화기의 형상을 고려하여 가스화기 내부에서의 슬래그 거동을 해석하였다. 또한 슬래그 물성치들인 슬래그 점도, 슬래그 비열, 슬래그 밀도, 슬래그 열전달 계수 등을 슬래그의 조성 변화에 따라 별도로 산정하여 슬래그 해석의 입력 데이터로 사용하였다. 슬래그에 첨가되는 석회석의 비율을 해석의 주요 변수로 사용하여 가스화기 하부에서 용융 슬래그 및 고체 슬래그 두께, 용융 슬래그 층 내부에서의 슬래그 점도분포 및 슬래그 속도분포 등 슬래그 거동의 주요 특성들을 예측하였다. 해석결과로 석탄에 석회석의 첨가량을 증가시키면 슬래그의 임계점도온도(temperature of critical viscosity)와 점도가 낮아지므로 가스화기 벽면에서의 용융 슬래그의 유동속도는 빨라지며, 고체 슬래그와 용융 슬래그의 두께가 감소하는 것을 정량적으로 확인할 수 있었다.

• 한국건축시공학회지
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• 제21권6호
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• pp.551-562
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• 2021

본 연구에서는 IGCC에서 발생하는 부산물인 CGS를 콘크리트용 혼합 잔골재로써 효율적으로 활용하는 방안을 제시하기 위하여 플라이애시 치환 매스 콘크리트의 수화열 저감 효과를 확보하기 위한 방안으로 CGS 기반 혼합 잔골재와 플라이애시 치환에 따른 수화열 저감 특성 분석 및 해석을 실시 하고자 한다. 따라서, 매스 콘크리트의 수화열 저감을 위하여 활용되는 플라이애시 기반 저발열 결합재에 CGS를 잔골재로 치환하여 최적의 조합으로 FA 30% 및 CGS를 잔골재로 50% 치환할 경우 저발열 결합재 FA를 단일 치환한 경우보다 복합상승 효과에 따라 수화열 저감 성능이 더 크게 나타났다. 따라서 산업부산물인 CGS 골재 조합에 플라이애시를 복합 치환한 분체-골재조합 재료 시스템은 매스 콘크리트 수화열 저감 공법의 효율적인 대안으로서 활용이 기대된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.113.1-113.1
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• 2010

IGCC(Integrated Coal Gasification and Combined Cycle) plants can be among the most advanced and environmental systems for electric energy generation from various feed stocks and is becoming more and more popular in new power generation fields. In this work, the performance of IGCC plants employing Shell gasification technology and a GE 7FB gas turbine engine was simulated using IPSEpro open-equation modeling environment for different operating conditions. Performance analyses and comparisons of all operating cases were performed based on the design cases. Discussions were focused on gas composition, syngas production rate and overall performance. The validation of key steady-state performance values calculated from the process models were compared with values from the provided heat and material balances for Shell coal gasification technology. The key values included in the validation included the inlet coal flow rate; the mass flow rate, heating value, and composition of major gas species (CO, H2, CH4, H2O, CO2, H2S, N2, Ar) for the syngas exiting the gasifier island; and the HP and MP steam flows exiting the gasifier island.

• 한국결정성장학회지
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• 제27권6호
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• pp.295-302
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• 2017

본 연구에서는 IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle; 석탄 가스화 복합 발전)에서 배출된 용융 슬래그(이하 용융 슬래그)를 이용한 지오폴리머의 제조 시 pre-curing 공정이 지오폴리머의 물성에 미치는 영향에 대해 연구하였다. Pre-curing이란 고온양생으로 지오폴리머를 제조하기 전에, 성형체를 상온에서 일정 시간 방치하는 공정으로서, 시편의 강도를 높이는 효과가 있다고 알려져 있다. 따라서 본 실험에서는 pre-curing 조건에 따른 지오폴리머의 압축강도 특성을 측정하였으며, SEM과 XRD로 미세구조 및 결정상 변화를 관찰하였다. W/S 비율(water/solid ratio)은 사전 실험을 통해, 성형이 가능하면서 최대 지오폴리머 강도를 확보할 수 있는 0.26으로 결정하였으며, 자극제인 알칼리 용액의 농도는 15 M로 고정하였다. 상온에서 pre-curing을 0~27일 범위 내에서 실시한 결과, pre-curing 공정을 적용한 지오폴리머의 경우, 그렇지 않은 시편에 비해 압축강도가 36~87 % 증가하는 것을 확인하였다. Pre-curing 시킨 시편에서 XRD 측정 결과, C-S-H 겔(calcium silicate hydroxide gel) 상 발현이 촉진되었고 SEM을 이용한 미세구조 관찰 결과, 부정형의 zeolite 상이 더 많이 성장된 것이 관찰되었으며 이러한 상들의 생성이 강도 증진에 영향을 미친 것으로 분석되었다.

• 한국결정성장학회지
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• 제27권6호
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• pp.319-326
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• 2017

본 연구에서는, IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle: 석탄가스화 복합발전)에서 배출되는 용융 슬래그로 부터 지오폴리머를 제조하여 알칼리 활성화제의 몰농도, W/S 비(water/ solid ratio), 재령일에 따른 비중과 압축강도 등 물리적 특성을 분석함과 동시에 발포제인 Si 슬러지를 첨가하여 경량화 소재로서의 가능성을 고찰하였다. 특히 경량 지오폴리머의 강도 특성향상을 위하여 복합 활성화제 및 pre-curing 공정을 적용하였다. 단일 활성화제를 사용한 경량 지오폴리머의 압축 강도는 9.5 MPa이었으나, 복합 활성화제로 제조할 경우 2~5배 정도의 압축강도 증진 효과를 나타내었다. 더군다나, pre-curing을 실시한 경량 지오폴리머의 경우, pre-curing하지 않은 시편들에 비해 18~48 % 가량 높은 압축강도 값을 보였다. 본 연구에서 복합 활성화제와 pre-curing 공정의 도입으로 얻어진 경량 지오폴리머의 최고 압축강도는 40 MPa(3일 재령하여 밀도가 $1.83g/cm^3$인 시편)로서 시멘트 콘크리트에 필적하였다. XRD 결정상 분석과 SEM을 이용한 미세구조 분석을 통하여 지오폴리머 표면에서 C-S-H 겔(sodium silicate hydrate gel)의 모상에 꽃봉오리 모양의 zeolite 결정상이 균일하게 분포된 것을 확인할 수 있었다.

• 한국결정성장학회지
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• 제29권6호
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• pp.257-263
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• 2019

분쇄되지 않은 IGCC 슬래그와 Si 슬러지를 발포제로 사용하여 경량 지오폴리머를 제조하였다. 이때, Si 슬러지 첨가량에 따른 경량 지오폴리머의 물리/화학적 특성을 파악하고자 하였다. IGCC 슬래그, 알칼리활성화제, 그리고 Si 슬러지를 5 wt.% 이상 혼합하여 지오폴리머 페이스트를 제조하면 발열반응에 의해 페이스트의 온도가 수분내에 90℃ 이상 도달하였고, 이 발열반응으로 인해 지오폴리머 반응이 가속화되어 경화되었으나 너무 격렬한 발포반응 때문에 시편성형이 어려웠다. 시편의 압축강도와 밀도는 Si 슬러리의 첨가량이 증가할수록 모두 감소하는 경향을 보였으나, 10 wt.% 이상의 첨가에서는 압축강도와 밀도 모두 큰 변화를 보이지 않았다. 단순히 Si 슬러지의 첨가량 증가만으로 낮은 밀도를 달성하는 것에는 한계가 있으며 W/S 비의 조절을 통해 페이스트의 유동성을 조절하여 기공을 비교적 균일하게 제어하는 것이 중요하다고 판단되었다. 따라서, Si 슬러지 첨가량의 조절보다는 작업조건 및 기포형성에 적절한 W/S 비를 찾는 것이 중요하며, Si 슬러지 0~30 wt.% 첨가시에는 W/S 비를 0.2로, 실제 적용 가능성은 없으나 Si 슬러지 30 wt.% 이상 첨가시에는 0.28 이상으로 조절하는 것이 바람직한 것으로 사료되었다.