[논문]발전용 보일러에서의 유, 무연탄 혼소시 연소 및 환경특성

박호영; 김영주; 박현주; 김성철

문제 정의

A 석탄화력 발전소에서의 유연탄과 무연탄을 50% : 50% 의 비율로 혼합하고 보일러 출력을 정격대비 약 65%인 134 MW부터 정격부하인 197 MW까지 증대시키면서 보일러 내의 연소상태, 운전특성을 분석하였으며 각종 보일러 보조기기의 운전 상태도 검토하였다. 본 연구로부터 얻어진 기본 연소반응성 평가 결과 그리고 출력 증가에 따른 실제 발전소에서의 연소 시험 결과는 성상과 등급이 완전히 다른 두 탄종의 보일러 혼합 연소시 발생하는 문제점을 파악하고 그 해결 방안을 마련하기 위한 기본 자료를 제공하고자 하였다.
본 연구에서는 먼저 유연탄, 무연탄에 대한 연료특성, 그리고 두 탄종의 혼합 비율에 따른 열중량 분석 결과, 그리고 A화력 발전소에서 수행한 유, 무연탄의 혼합 탄에 대한 연소시험 결과를 살펴보고자 한다. 실제 연소시험에 사용한 무연탄과 유연탄에 대한 기본 연소반응성을 TGA (Thermogravimetric Analyzer)에서 평가하였다.

제안 방법

실제 연소시험에 사용한 무연탄과 유연탄에 대한 기본 연소반응성을 TGA (Thermogravimetric Analyzer)에서 평가하였다. A 석탄화력 발전소에서의 유연탄과 무연탄을 50% : 50% 의 비율로 혼합하고 보일러 출력을 정격대비 약 65%인 134 MW부터 정격부하인 197 MW까지 증대시키면서 보일러 내의 연소상태, 운전특성을 분석하였으며 각종 보일러 보조기기의 운전 상태도 검토하였다. 본 연구로부터 얻어진 기본 연소반응성 평가 결과 그리고 출력 증가에 따른 실제 발전소에서의 연소 시험 결과는 성상과 등급이 완전히 다른 두 탄종의 보일러 혼합 연소시 발생하는 문제점을 파악하고 그 해결 방안을 마련하기 위한 기본 자료를 제공하고자 하였다.
A화력발전소에서 수행한 유, 무연탄의 혼합탄 연소시험 시 사용한 것과 동일한 무연탄과 유연탄을 입수하여 연료 특성 분석과 열중량(TGA : Thermogravimetric Analyzer) 실험에 사용하였다. 유연탄은 호주에서 수입한 역청탄이며 무연탄은 A화력발전소에 주로 사용중인 국내 무연탄이다.
A화력발전소에서의 연소시험은 중유를 사용하지 않고유연탄과 무연탄의 혼소비율을 50% : 50%로 고정하고 발전소 출력을 134, 151, 182, 196 MW로 증가시키면서 연소시험을 수행하였다. 유연탄과 무연탄의 혼합 비율은 미분 기로 향하는 Conveyor Belt에서의 상탄량으로 조정하였다' 유, 무연탄 혼소시험은 2007년 2월중 2일에 걸쳐 수행되었으며 각 출력에서 약 3시간씩을 유지하면서 필요한 데이터를 취득하였다.
유연탄은 호주에서 수입한 역청탄이며 무연탄은 A화력발전소에 주로 사용중인 국내 무연탄이다. 두 탄종을 보울밀(Ball mill) 에서 분쇄한 후 체(seive) 를 이용하여 직경 63~75 mm 범위의 입자크기로 분류하여 TGA 연소반응성 실험에 사용하였다. 무연탄과 유연탄에 대한 공어 원소분석 그리고 회성분 분석 및 발열량 등을 Table 1 에 나타내었다 사용한 미분탄에 대한 SEM (Scanning Electron Microscpoy) 분석은 JEOL JSM 6360을 시용하였고 석탄중의 무기물질 성분 분석은 미국 Microbeam 사의 도움을 받아 수행하였다.
무연탄 전용 발전보일러에서 유연탄과 무연탄의 혼합비율을 50% : 50%로 고정하고 출력을 134, 151, 183, 196MW로 변경하면서 연소시험을 수행하였다. 연소시험 시 보일러의 연소 및 운전상태량을 분석한 결과 출력에 따른 보일러내의 연소상태는 전체적으로 양호한 것으로 나타났으나 CO 농도의 경우 간헐적으로 1,000 ppm 까지 큰 폭으로 변동함을 관찰할 수 있었다.
두 탄종을 보울밀(Ball mill) 에서 분쇄한 후 체(seive) 를 이용하여 직경 63~75 mm 범위의 입자크기로 분류하여 TGA 연소반응성 실험에 사용하였다. 무연탄과 유연탄에 대한 공어 원소분석 그리고 회성분 분석 및 발열량 등을 Table 1 에 나타내었다 사용한 미분탄에 대한 SEM (Scanning Electron Microscpoy) 분석은 JEOL JSM 6360을 시용하였고 석탄중의 무기물질 성분 분석은 미국 Microbeam 사의 도움을 받아 수행하였다.
무연탄과 유연탄을 63 ~75 ㎛의 크기로 분류한 시료(약 10 mg)를 사용하였으며 공기 분위기하 (100 ㎖/min)에서 10℃/min의 승온율로 750℃까지 승온하면서 무게 변화율과 반응속도를 관찰하였다 유연탄, 무연탄의 단일 탄종에 대한 TGA 실험을 먼저 수행한 후 무연탄 중 유연탄의 비율을 20, 40, 60, 80%로 증가 시키면서 연소성 평가 실험을 수행하였다.
연소시험 결과를 살펴보고자 한다. 실제 연소시험에 사용한 무연탄과 유연탄에 대한 기본 연소반응성을 TGA (Thermogravimetric Analyzer)에서 평가하였다. A 석탄화력 발전소에서의 유연탄과 무연탄을 50% : 50% 의 비율로 혼합하고 보일러 출력을 정격대비 약 65%인 134 MW부터 정격부하인 197 MW까지 증대시키면서 보일러 내의 연소상태, 운전특성을 분석하였으며 각종 보일러 보조기기의 운전 상태도 검토하였다.
유연탄과 무연탄의 혼합 비율을 50% : 50%로 고정하고 출력을 134, 151, 183, 196MW로 변경하면서 2일에 걸쳐 3시간씩 연소시혐을 수행하였다. 연소시험시 플랜트 효율, 주증기 및 재열증기의 유량, 온도 및 압력, 미분탄/공기 공급량, 로내 온도 연소용 공기/연소가스 온도 및 주요 가스농도등 보일러 운전 및 연소상태량에 대한 측정이 수행되어졌다.
이는 출력 증대에 따라 공기 및 가스량이 증가되고 A/H 출구 측 가스 온도가 설계치 대비 약 40℃이상 높게 상승되어 효율 저하뿐만 아니라 온도 상승에 따른 비체적 상승으로 가스량이 증가되기 때문이다. 이로 인한 흡인 송풍기(ID fan)의 용량 부족등의 문제점이 발생되었으며 180, 197 MW에서는 송풍기의 용량 부족이 더욱 가중될 것이 예상되었기 때문에 유입 공기 온도를 낮추어 시험을 실시하였다. 동절기에는 이와 같은 방법이 어느 정도 가능할 수 있으나 대기온도가 높은 하절기에는 큰 어려움이 예상되고 특히 장기간 유, 무연탄혼소에 따른 전열면 오염 등으로 배기 가스온도가 상승할 경우 이러한 현상은 더욱 심화될 것으로 판단된다.

대상 데이터

수행하였다. 유연탄과 무연탄의 혼합 비율은 미분 기로 향하는 Conveyor Belt에서의 상탄량으로 조정하였다' 유, 무연탄 혼소시험은 2007년 2월중 2일에 걸쳐 수행되었으며 각 출력에서 약 3시간씩을 유지하면서 필요한 데이터를 취득하였다. 연소시험시의 출력, 연료와 연소용 공기의 공급량등 주요 운전 변수를 Table 2에 나타내었으며, 시험 당시 대기온도는 약 5℃에서 10℃ 사이로 유지되었다.

이론/모형

유-연탄과 무연탄, 그리고 이들의 혼합탄에 대한 연소성 평가를 우]하여 TA Instrument 사의 SDT 2910 TGA를 이용하였다. 무연탄과 유연탄을 63 ~75 ㎛의 크기로 분류한 시료(약 10 mg)를 사용하였으며 공기 분위기하 (100 ㎖/min)에서 10℃/min의 승온율로 750℃까지 승온하면서 무게 변화율과 반응속도를 관찰하였다 유연탄, 무연탄의 단일 탄종에 대한 TGA 실험을 먼저 수행한 후 무연탄 중 유연탄의 비율을 20, 40, 60, 80%로 증가 시키면서 연소성 평가 실험을 수행하였다.

성능/효과

CO의 경우 182 MW까지는 100 ppm 이하의 값을 보여주었으나 197 MW에서는 약 300 ppm의 값을 보여주었다. CO 농도 측정값은 간헐적으로 1, 000 ppm 이상의 높은 값을 보여주고 있었으며 로내 후단부의 화염이 휘날리는 현상을 가끔 관찰할 수 있었다.
보조 연료인 중유를 사용하지 않은 상태에서도 출력에 따른 보일러내의 연소상태는 보일러내의 화염상태를 로내 화염 감시 카메라와 관찰창에서 살펴 본 육안 점검 결과 화로 후단부의 버너에서 화염이 짧고 휘날리는 현상이 가끔 발생하였으나 중유와의 혼소시와 비교하여 전체적인 화염 안정성과 연소상태는 양호한 것으로 관찰되었다. 연소상태를 나타내는 CO 발생량은 비교적 높게 유지되면서 간혹 1,000 ppm이상의 심한 변동을 나타내고 있었다
연소시험 시 보일러의 연소 및 운전상태량을 분석한 결과 출력에 따른 보일러내의 연소상태는 전체적으로 양호한 것으로 나타났으나 CO 농도의 경우 간헐적으로 1,000 ppm 까지 큰 폭으로 변동함을 관찰할 수 있었다. 출력이 증가함에 따라 공기예열기(Air Heater) 출구의 배기가스 온도가 설계치인 430℃를 훨씬 상회하여 연소용 공기의 흡인 방법을 변경하여 출구 가스 온도를 조절할 수 있었다.
유연탄과 무연탄에 대한 열중량 분석 결과 유연탄의 주 반응영역은 약 400-600℃, 무연탄은 약 600-800℃ 으로 나타났으며 무연탄과 유연탄의 혼합탄에 대한 무게 감소율이나 반응속도의 모양을 살펴볼 때 반응시 두 탄 종간에 서로 영향을 미치지 않고 혼합 비율에 비례하여두 탄종이 독립적으로 반응하는 것으로 보인다.
연소시험 시 보일러의 연소 및 운전상태량을 분석한 결과 출력에 따른 보일러내의 연소상태는 전체적으로 양호한 것으로 나타났으나 CO 농도의 경우 간헐적으로 1,000 ppm 까지 큰 폭으로 변동함을 관찰할 수 있었다. 출력이 증가함에 따라 공기예열기(Air Heater) 출구의 배기가스 온도가 설계치인 430℃를 훨씬 상회하여 연소용 공기의 흡인 방법을 변경하여 출구 가스 온도를 조절할 수 있었다. 그러나 장기간 유, 무연탄 혼소시의 전열면의 오염, 혹은 하절기의 경우 배기가스 온도 상승에 따른 설비상의 대책이나 운전측면의 대비가 필요할 것이다.

후속연구

출력이 증가함에 따라 공기예열기(Air Heater) 출구의 배기가스 온도가 설계치인 430℃를 훨씬 상회하여 연소용 공기의 흡인 방법을 변경하여 출구 가스 온도를 조절할 수 있었다. 그러나 장기간 유, 무연탄 혼소시의 전열면의 오염, 혹은 하절기의 경우 배기가스 온도 상승에 따른 설비상의 대책이나 운전측면의 대비가 필요할 것이다. 본 연구는 200MW급 무연탄 보일러를 대상으로 유, 무연탄 혼소시보일러의 연소 운전상의 문제점, 그리고 환경특성을 분석한 자료로서 향후의 연소특성이 다른 두 종류의 석탄을 장기간 사용할 경우에 대비하여 유용한 자료로 활용될 수 있을 것이다.
그러나 장기간 유, 무연탄 혼소시의 전열면의 오염, 혹은 하절기의 경우 배기가스 온도 상승에 따른 설비상의 대책이나 운전측면의 대비가 필요할 것이다. 본 연구는 200MW급 무연탄 보일러를 대상으로 유, 무연탄 혼소시보일러의 연소 운전상의 문제점, 그리고 환경특성을 분석한 자료로서 향후의 연소특성이 다른 두 종류의 석탄을 장기간 사용할 경우에 대비하여 유용한 자료로 활용될 수 있을 것이다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

발전용 보일러에서의 유, 무연탄 혼소시 연소 및 환경특성
Combustion and Emission Characteristics of Utility Boiler burning Anthracite-Bituminous Coal Blends 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (11)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

발전용 보일러에서의 유, 무연탄 혼소시 연소 및 환경특성 Combustion and Emission Characteristics of Utility Boiler burning Anthracite-Bituminous Coal Blends 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (11)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

박호영 (29) 김영주 (19) 김성철 (13)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

발전용 보일러에서의 유, 무연탄 혼소시 연소 및 환경특성
Combustion and Emission Characteristics of Utility Boiler burning Anthracite-Bituminous Coal Blends 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper