• 대한기계학회논문집B
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• 제35권5호
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• pp.451-457
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• 2011

본 연구의 주 목적은 연료 수분 미소 정량 공급기를 장착한 층류 반응기(LFR)에서 수분함량 변화에 따른 석탄의 휘발분 점화 특성을 조사하는 것이다. 실제 발전소의 미분기 출구 분위기와 비슷한 수분량이 석탄량의 20, 30, 40%로 LFR에 석탄과 함께 공급했을 때 휘발분의 점화 위치와 시간을 실험적으로 관찰하였다. 석탄이 공급되는 층류 반응기 정 중앙의 수직방향으로 $70{\mu}m$ R-type 열전대를 이용하여 복사 열손실을 고려한 가스온도를 측정하였고, 휘발분 점화 위치는 CCD 카메라를 이용해 촬영한 15~20개의 이미지를 디지털 이미지 프로세싱을 통해 얻은 평균 값으로 결정하였다. 그 결과 수분량이 증가할수록 가스 온도는 감소하였고, 점화 위치는 2.92, 3.36, 3.96, 4.65mm로 지수적으로 증가하였다. 이러한 실험결과는 이론적으로 adiabatic thermal explosion에서의 점화 지연 시간과 같은 경향을 나타내었다.

• 에너지공학
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• 제6권1호
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• pp.58-67
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• 1997

본 연구에서는 실린더형의 가스화기로 주입되는 아역청 미분탄을 가스화시켰을 때 가스화기내의 반응성 유동장을 해석하였다. 입자크기에 대한 영향을 고려하기 위해 미분탄 입자를 40$\mu\textrm{m}$, 60$\mu\textrm{m}$, 80$\mu\textrm{m}$ 및 100$\mu\textrm{m}$의 크기로 각각 나눈 경우와 이들 4종류의 입자를 균일하게 혼합한 경우에 대하여 전산모사하였다. 모사결과, 석탄 입자크기가 커질수록 재순환 영역이 커짐을 알 수 있었으며, 4종류의 입자가 균일하게 혼합된 석탄입자를 가스화시킨 경우 한 종류의 크기를 각각 사용했을 때와는 다른 형태의 재순환영역이 주입벽과 측면벽에 각각 양분되어 형성됨을 알 수 있었다. 입자 수밀도가 높은 자은 석탄입자가 가스화될 경우 다량의 산소와 산화반응이 일어나기 때문에 수밀도가 작은 커다란 석탄입자가 가스화될 경우보다 주입구 부분에서 더 높은 온도분포를 보였지만 가스화기의 하단부에서는 복사에 의한 열손실과 더불어 산소가 고갈되어 산소의 농도가 급격히 낮아짐으로 인해 석탄입자들과의 반응이 미비하게 일어나 상대적으로 큰 입자가 가스화된 경우보다 가스온도가 더 낮았다. 출구에서의 온도분포는 석탄입자의 크기가 40$\mu\textrm{m}$일 때 1,400-1,58$0^{\circ}C$, 60$\mu\textrm{m}$일 때 1.450-1,$700^{\circ}C$, 80$\mu\textrm{m}$일 때 1,000-1,74$0^{\circ}C$, 100$\mu\textrm{m}$일 때 1,630-1,79$0^{\circ}C$ 그리고 4종류가 균일하게 섞였을 때 1,500-1,68$0^{\circ}C$로 각각 예측되었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권9호
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• pp.781-787
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• 2014

PWMR(Pressurized wire mesh heating reactor)는 Intrinsic $CO_2$ 가스화 반응속도 해석에 필요한 활성화에너지와 빈도상수를 도줄하기 위해서 고안되었으며, 고압 및 고온(50atm, 1750K)조건 하에서 실험을 수행하였다. 본 연구에서는 고온조건에서의 실험을 위해 백금(Pt) 메쉬를 가열체로 사용하였고 직류전원공급기를 통해 백금메쉬로 전류를 인가하여 석탄 입자를 가열시킨다. 가열시 정확한 온도제어 및 반응시간 조절을 위해 직류전원공급기는 컴퓨터로 제어된다. 본 연구에서는, 인도네시아 아역청탄인 BERAU 를 사용하였으며 입자크기는 $90-150{\mu}m$, 압력과 온도조건은 각각 1-40atm 및 1373-1673K에서 실험을 진행하였다. 고압에서의 압력의 영향을 구분하기 위해 Internal/external effectiveness factor를 고려하였다. 최종적으로 BERAU 촤의 Intrinsic 가스화 반응속도론 을 $n^{th}$ order 반응식을 통해 도출하였으며 그 값은 203.8kJ/mol 의 값을 가졌다.

• 에너지공학
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• 제26권3호
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• pp.78-89
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• 2017

미분탄화력발전소에서 사용되는 각종 발전연료의 탄화도에 따른 발열개시온도(CPT;Cross Point Temperature), 발화온도(IT; Ignition temperature) 및 발화온도 승온속도(CPS;Cross Point Slope)는 전기로 내부에 설치된 백금망에 $74{\mu}m$이하 입도의 시료를 넣고 공기분위기, $25^{\circ}C$에서 $600^{\circ}C$까지의 승온조건에서 평가하였다. 발열개시온도 및 발화온도는 탄화도에 대한 의존성이 크지 않은 반면, 발화온도 승온속도는 탄화도에 크게 의존하는 것으로 나타났다. 탄화도가 낮은 우드펠렛의 발화온도 승온속도는 $20.995^{\circ}C/min$으로 기장 높은 자연발화성을 가지며, 아역청 KIDECO탄은 $15.370^{\circ}C/min$인 반면, 가장 높은 탄화도를 가지는 석유코크스는 $20.950^{\circ}C/min$로 나타냈다. 자연발화 경향성은 석탄 표면의 산화반응에 주요한 변수로서 작용하는 휘발분 함량 및 산소관능기의 농도 뿐만 아니라 촤의 비표면적, 정압몰비열이 높을수록 증가하는 것으로 확인되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제48권2호
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• pp.268-274
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• 2010

유해대기오염물질인 중금속의 배출은 그 위해성으로 인해 엄격한 법적 규제를 하는 등 지대한 관심이 기우려지고 있다. 무연탄을 사용하는 상용 화력발전시설로부터 배출되는 중금속의 농도 및 배출특성에 대한 연구를 실시하였다. 대상 발전시설은 순환 유동층 연소로, 싸이클론, 보일러, 전기집진기 설비로 구성되었고 가스상 수은을 포함한 주요 중금속의 농도를 측정하기 위해 분진과 가스상 시료를 전기집진기(ESP) 전단과 연돌에서 측정하였다. 총 먼지량(TPM), PM-10, PM-2.5와 같은 입자상 물질의 배출량은 ESP 전단에서 각각 23,274, 9,555, $7,790mg/Sm^3$로 매우 높았으며, 이는 예측했던 바와 같이 미분탄 화력발전소보다 높은 수치였다. 그러나 ESP에 의한 먼지의 제거효율이 높기 때문에 연돌에서의 총 먼지량은 $0.16mg/Sm^3$ 정도였다. 마찬가지로 중금속 배출량 또한 ESP에서 높은 제거효율을 보였다. 입도분포와 입경 범위 별 중금속 농축 정도에 대한 데이터를 살펴볼 때 일부 금속의 농도는 작은 입경 범위에서 더 농축된 것을 보여 입자의 크기와 상관관계를 지어 볼 수 있었다. 수은의 경우 다른 금속들과 다르게 높은 휘발성 때문에 대부분이 가스 상태로 배출되며 그로 인하여 수은의 제거효율은 68% 정도로 다른 중금속들에 대한 제거효율보다 낮았다. ESP를 지나면서 수은 화학종이 원소수은에서 산화수은으로 변하는 것이 확인되었으며, 그로 인하여 습식세정탑이 설비된 다른 석탄 화력발전소에서는 원소 수은이 지배적인 데 반해 본 시설의 경우 연돌에서 총 수은의 절반 정도만 원소수은이었다.

• 청정기술
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• 제29권3호
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• pp.193-199
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• 2023

국내외 석탄화력발전소에서 REC(Renewable energy certificate) 확보를 위해 혼소되고 있는 바이오매스는 기존의 목질계 바이오매스인 우드 펠릿에서부터 최근 들어 초본계 바이오매스로의 확대가 진행되고 있다. 초본계 바이오매스의 경우 목질계 바이오매스에 비해 K, Na 등의 알칼리계 금속 함량이 더 높아 회융점이 더 낮고, 이 때문에 보일러 튜브에의 회 점착을 늘려 보일러의 효율을 떨어뜨리는 원인이 되고 있다. 본 연구에서는 초본계 바이오매스 연소시 회 융점을 높여 회 점착을 감소시키기 위해 많이 사용되고 있는 첨가제인 카올린(kaolin)이 석탄-바이오매스 혼소시 미치는 영향을 열화학 평형 계산을 통해 분석하고자 하였다. 이전 연구에서 수행된 80 kW_th 급 미분탄 - 바이오매스 혼소 실험에서 카올린을 사용하는 경우 오히려 회 점착량이 늘어나는 원인을 해석을 통해 분석하였으며, 해석을 수행한 결과 석탄에 많이 포함되어 있는 Al₂O₃ 때문에, Al-Si 계열 첨가제인 카올린 투입시 aluminosilicate 화합물의 생성이 촉진되어 용융점이 낮은 mullite가 많이 형성, 카올린을 더 사용할수록 슬래그 생성이 증가하는 것을 확인하였다. 추가적으로 바이오매스 혼소율을 0~100%까지 10% 간격으로 증가시켜가면서 해석을 수행하였으며, 그 결과 비선형적인 액상 슬래그 생성 특성을 확인하였다. 결과적으로는 바이오매스 혼소율 50~60% 조건일 때 가장 적은 량의 액상 슬래그가 생성됨을 파악하였다. phase diagram을 분석한 결과, 고용융점 화합물(leucite, feldspar)이 해당 조건에서 가장 많이 생성되는 것을 확인하였다.

• 한국결정성장학회지
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• 제18권6호
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• pp.264-270
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• 2008

산업현장에서 발생되는 다양한 종류의 폐기물을 이용하여 에코골재를 제조하였다. 에코골재는 폐기물을 분쇄하고 조립성형 후, 로타리 킬른에서 $1125^{\circ}C$/15 min의 조건으로 소성하여 제조되었다. 본 연구진에 의해 제조된 에코골재 K73(Coal bottom ash 70 wt%: Dredged soil 30 wt%)과 K631(Clay 60 wt%: Stone sludge 30 wt%: Spent bleaching clay 10 wt%)을 이용하여 경량 콘크리트 흡음재를 제조하였으며, 비교를 위해 독일에서 수입된 DL(독일산 'L'사 인공경량골재)을 이용한 흡음재 역시 같은 조건으로 제조하였다. 골재의 종류, 물-시멘트비(W/C=20, 25, 30%) 그리고 설계 공극률(20, 25, 30%)의 변화에 따른 흡음특성변화를 관찰하였다. 실험결과, 경량 콘크리트 흡음재의 실제 공극률은 설계 공극률보다 $5{\sim}10%$ 정도 높게 나타났다. 임피던스관을 이용한 흡음재의 흡음계수 측정 결과, K631골재를 이용한 경량 콘크리트 흡음재(W/C=20%, V=25%)가 1000, 3150 Hz에서 각각 0.88의 흡음계수를 나타내었다.

• 자원환경지질
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• 제51권5호
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• pp.429-438
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• 2018

콘크리트는 덩어리이기 때문에 분석을 위해서는 분쇄를 할 수밖에 없다. 그러나, 콘크리트와 같이 여러 재료의 혼합물을 파쇄, 특정 입도를 선별하는 것에 따른 효과는 아직까지 적절하게 평가된 바가 없다. 본 연구에서는 시멘트와 비산재를 고화제로 사용하고, 매립재와 모래는 골재로 사용하여 콘크리트 공시체를 제작한 다음, 토양오염공정시험기준과 폐기물공정시험기준에 따라 중금속분석을 수행하였다. 이를 위하여, 먼저, 공시체를 어느 정도 파쇄한 다음 채질하여 <0.15 mm, 0.15~0.5 mm, 0.5~5 mm를 선별(분쇄방법 1)하여 분석하였다. 토양오염공정시험기준 분석 결과, 작은 입도의 시료가 높은 중금속 농도를 보이는 경향이 뚜렷하였다. 특히, <0.15 mm는 각 개별재료의 농도와 배합비로 계산된 이론값보다도 몇 배 높은 값을 보이기도 하였다. 반면, 시료 전체가 <0.15 mm를 갖도록 완전히 분쇄(분쇄 방법 2)하여 분석한 결과는 이론값과 비슷한 농도를 보였다. 이 같은 결과는, 부분 분쇄 시에는 작은 입도에 중금속 농도가 높은 시멘트와 비산재가 농집되는 것과 관련이 있다. 반면, 폐기물공정시험기준 분석에서는 모든 항목에서 매우 낮은 용출 농도를 보였고, 토양오염공정시험기준에서와 같은 경향도 관찰되지 않았다.

• 청정기술
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• 제26권4호
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• pp.239-250
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• 2020

바이오매스는 풍부한 신재생에너지로 화석연료에 의한 온실가스 배출을 줄일 수 있는 자원으로 활용될 수 있다. 인도네시아에서는 경제성이 우수한 대량의 조림지 부산물과 팜 부산물이 발생된다. 일반적으로 바이오매스들은 낮은 열량 및 연소 효율에 의해 연료로서 사용하기 어려운 경우가 많다. 최근 이러한 바이오매스를 고품위 연료로 전환하는 반탄화 기술 개발이 활발하며, 유럽을 중심으로 다수의 생산 설비가 상용화되었다. 우리나라는 현재 ~ 2 million ton yr-1 이상의 혼소용 우드팰릿을 동남아시아에서 수입하고 있다. 하지만 반탄화 연료 시장은 아직 열리지 않았고, 추후 국내 기술 및 시장 환경 성숙에 따라 도입되리라 예상된다. 인도네시아 현지 혼소용 연료로서 반탄화된 조림지 부산물은 신재생에너지 확대 정책(feed-in-tariff, FIT) 하에서 경제성 확보 가능하다. 하지만 팜 부산물인 EFB (empty fruit bunch, EFB)를 혼소용 연료로 사용하기 위해서는 알카리 금속 제거에 따른 경제성 저하 극복 방안이 강구되어야 한다. ETS (emission trading system, ETS)와 CDM (clean development mechanism, CDM)제도의 지원을 받는 경우 EFB는 연료 민감성이 낮은 시멘트 소성로에서 기존 석탄을 대체할 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권6호
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• pp.663-668
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• 2012

비산회에 의한 보일러 튜브 마모 문제는 석탄화력 보일러 튜브 파손에 주요한 요인이 된다. 때문에 튜브 보호막이나 다공판 등이 마모 문제 완화를 위하여 사용되고 있다. 그러나 비산회에 의한 튜브마모 문제는 이런 방법을 통하여 완전히 해결될 수 없는데 이는 보일러 마다 유동 조건이 다를 뿐만아니라 예상치 못한 위치에서 국부적으로 마모가 심화될 수 있기 때문이다. 문제는 보일러 내부 비대칭 유동과 국부적 유속 증가에서 기인함으로 튜브 마모 문제의 해결에 있어서 보일러 내부 유동을 명확히 파악하는 것이 무엇 보다 중요하다 하겠다. 본 연구에서는 튜브 마모 문제에 해결을 위해 사용되는 Cold Air Velocity Technique(CAVT)에 대하여 고찰하고 하동화력 2호기 보일러에 대하여 CAVT를 실제 적용함으로써 석탄화력 보일러에 있어서 CAVT 적용 가능성을 검증하였다.