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문제 정의
- 이와 같은 현상은 상부에서 자유낙하에 의해 주입되는 고체연료의 입자크기 변화에 따라 고체연료와 산소공여입자의 반응성이 달라질 수 있음을 의미한다. 따라서 본 연구에서는 고체연료의 입자크기 변화에 따른 고체연료-산소공여입자 사이의 혼합특성을 명확하게 관찰하기 위해 투명아크릴로 제작된 유동층 수력학특성 실험장치를 이용하여 고체연료의 입자크기가 변화할 때 고체연료와 산소공여입자의 혼합정도가 어떻게 변화하는지를 시각적으로 관찰하였다.
- 결과적으로 유동층반응기에서 배출되는 기체에는 유동화기체로 사용된 질소(N2), 수분증발 및 고체연료에 포함된 수소성분의 연소에 의한 수증기(H2O), 고체연료에 포함된 탄소의 완전연소에 의한 이산화탄소(CO2), 고체연료에 포함된 탄소의 불완전연소에 의한 일산화탄소(CO), 고체연료에 포함된 휘발분의 탈휘발에 의한 발생기체 등이 포함될 수 있다. 본 연구에서는 O2, CH4, CO, CO2, H2, NO를 측정할 수 있는 온라인 기체분석기를 사용하였으며 측정가능한 기체농도를 바탕으로 고체연료와 산소공여입자의 반응성을 해석하고자 하였다. 즉, 유동층반응기에서 배출되는 기체 중 질소와 수증기의 농도는 측정할 수 없으며, 환원반응동안 O2, NO는 검출되지 않았으므로 환원반응동안 고체연료의 연소특성은 CH4, CO, CO2, H2 농도를 기준으로 해석하였다.
- 본 연구에서는 고체연료 매체순환연소에 미치는 휘발분의 영향과 고체연료의 투입방법에 대한 보다 세밀한 검토를 위해 매체순환연소시스템의 연료로 Roto coal과 촤(char, Roto coal의 휘발분 제거)를 사용하여 고체연료의 매체순환연소에 미치는 온도의 영향, 휘발분의 영향 및 연료투입방법(고체연료의 투입질량, 입자크기)의 영향을 측정 및 고찰하였다.
- 한편 600℃와 700℃ 조건에서는 Roto coal과 char의 차이를 확연하게 구분하기는 어려웠다. 한편 Fig. 3에 나타난 바와 같이 Roto coal과 char 모두 같은 온도에서 연료투입 질량이 증가함에 따라 CO2 상대농도가 증가하고 CO, CH4, H2 상대농도가 감소하는 경향을 나타내었는데 이에 대해서는 다음 실험결과에서 고찰하고자 한다.
제안 방법
- 고체연료로는 75～300μm의 입도분포를 갖는 Roto coal과 char를 사용하였으며 산소공여입자로는 106～212μm의 입도분포를 갖는 OCN703-1100입자를 사용하였다. 600℃부터 950℃까지 온도를 변화시켰으며 투입되는 연료의 질량을 1, 8g으로 변화시키면서 실험하여 투입되는 고체연료 질량의 영향도 함께 고려하고자 하였다. 자세한 실험조건은 Table 2에 나타나 있다.
- OCN703-1100 입자에 대해 고체연료 종류(Roto coal, char)에 따른 최적 반응온도를 선정하기 위해 환원 및 산화반응 온도를 600℃부터 950℃까지 변화시켜가면서 배출기체의 농도를 분석하여 반응온도의 영향을 해석하였다. 실험에 앞서 회분식 유동층 반응기에 고체층높이 0.
- 고체연료 매체순환연소에 미치는 온도의 영향, 휘발분의 영향(Roto coal과 char), 연료투입방법(고체연료의 입자크기, 투입질량)의 영향을 고려하기 위해 회분식 유동층 반응기를 사용하여 실험을 수행하였다. 본 연구를 통해 얻어진 결론은 다음과 같다.
- 고체연료의 입자크기 변화가 연소특성에 미치는 영향을 고찰하기 위해 900℃에서 세 가지 서로 다른 입자크기(평균입경 60, 187, 360μm)를 갖는 Roto coal과 char에 대해 실험을 수행하였다.
- 이 조건에서 본 연구에서 고체연료를 투입한 조건과 유사하게 상부로부터 5g의 char를 투입할 때 사진을 촬영하였으며, 연료투입 후 1분 후의 유동화 상태를 확인하기 위해 다시 사진을 촬영하였다. 또한 10분이 경과한 후 유동화기체를 잠그고(유동화를 멈춘 상태에서) 사진을 촬영하여 그 동안 연료와 산소공여입자가 혼합된 정도를 사진으로 촬영하였다.
- 3) 연료투입 질량이 증가함에 따라 연소성이 개선되는 결과를 해석하기 위해 실험에 사용한 고체연료의 입도분석을 수행하였으며 투입질량이 증가함에 따라 산소공여입자와 원활하게 혼합될 수 있는 큰 입자의 절대량이 증가하기 때문으로 해석할 수 있었다. 또한 확인실험을 통해 경향성을 재확인 하였다.
- 고체연료로는 char를 사용하였으며 평균입경 60μm(45～75μm) 및 360μm(300～420μm)를 갖는 두 종류의 입자를 준비하였다. 먼저 본 연구의 실험조건과 유사하게 기포유동층 조건인 0.067m/s 조건에서 산소공여입자가 충전된 유동층을 유동화 시켰다. 이 조건에서 본 연구에서 고체연료를 투입한 조건과 유사하게 상부로부터 5g의 char를 투입할 때 사진을 촬영하였으며, 연료투입 후 1분 후의 유동화 상태를 확인하기 위해 다시 사진을 촬영하였다.
- 반응기 내부의 온도가 반응온도에 도달하면 유동화기체인 공기를 N2로 교체하여 반응기 내의 산소공여입자를 안정화시키고 반응기 내부의 다른 기체를 제거한다. 반응기의 배출기체농도가 안정화되면 고체연료를 고체연료투입구를 통해 투입하여 환원반응을 수행하였다. 회분식 유동층 반응기에 연료를 투입하기 위해, 먼저 원하는 질량의 연료를 연료호퍼에 장입한 후, 호퍼 하부에 설치된 밸브를 개방하여 호퍼 내부의 연료가 유동층 고체층 상부로 투입되도록 하였다.
- 회분식 유동층 반응기에 연료를 투입하기 위해, 먼저 원하는 질량의 연료를 연료호퍼에 장입한 후, 호퍼 하부에 설치된 밸브를 개방하여 호퍼 내부의 연료가 유동층 고체층 상부로 투입되도록 하였다. 배출기체의 농도는 온라인 기체분석기를 사용하여 실시간으로 측정 및 기록하였다. 환원반응에 의해 발생된 각 기체의 측정값이 모두 0%에 도달하면 환원반응이 종료된 것으로 간주하였다.
- 본 연구에서는 고체연료와 산소공여입자의 연소 특성 해석을 위해 환원반응동안 측정된 기체들(CO2, CO, CH4, H2)의 농도값을 바탕으로 물질수지 해석을 통해 각 성분의 배출부피(Qx)를 계산하였으며 이를 바탕으로 상대농도(relative concentration, Rx)를 계산하여 비교하였다. 각 배출기체 항목에 대한 상대농도의 정의는 식 (7)과 같이 계산하였다.
- 68m에 설치된 압력탭을 이용하여 측정하였다. 분산판과 유동층의 압력강하는 차압형 압력변환기(differential pressure transducer, 600T series, ABB Co.)를 이용하여 측정하였다. 유동층 내부의 온도는 반응기 상부에서 열전대(K-type)를 삽입하여 분산판으로 부터 높이 0.
- 5mm의 구멍이 사각피치로 21개 뚫려있는 다공판(perforated plate) 형태로 설치하였다. 분산판을 통한 압력강하는 분산판 하부 0.01m와 상부 0.01m에 위치한 압력탭을 이용하여 측정하였으며 유동층의 압력강하는 분산판으로부터 높이 0.01m와 0.68m에 설치된 압력탭을 이용하여 측정하였다. 분산판과 유동층의 압력강하는 차압형 압력변환기(differential pressure transducer, 600T series, ABB Co.
- OCN703-1100 입자에 대해 고체연료 종류(Roto coal, char)에 따른 최적 반응온도를 선정하기 위해 환원 및 산화반응 온도를 600℃부터 950℃까지 변화시켜가면서 배출기체의 농도를 분석하여 반응온도의 영향을 해석하였다. 실험에 앞서 회분식 유동층 반응기에 고체층높이 0.4m에 해당하는 산소공여입자를 장입한 후 유동화기체로 공기를 주입하면서 반응기의 온도를 원하는 온도까지 상승시켰다. 온도가 상승하는 동안에 주입되는 공기는 유동화기체의 역할과 반응기내 산소공여입자를 완전히 산화시키는 역할을 함께 하게 된다.
- )를 이용하여 측정하였다. 유동층 내부의 온도는 반응기 상부에서 열전대(K-type)를 삽입하여 분산판으로 부터 높이 0.03m에서 측정하였다. 회분식 유동층 반응기 배출기체에 포함된 수증기의 응축을 위해 유리제 냉각기를 응축기로 사용하였다.
- 유동화 기체는 가스미터로 보정된 질량유량계(MFC, 5850E & 5850i, brooks instrument)와 MFC controller(GMATE 2000, LOKAS automation Co.)를 통해 분산판으로부터 0.03m 아래에 위치한 수평관(0.004mI.D.)으로 주입하였다.
- 067m/s 조건에서 산소공여입자가 충전된 유동층을 유동화 시켰다. 이 조건에서 본 연구에서 고체연료를 투입한 조건과 유사하게 상부로부터 5g의 char를 투입할 때 사진을 촬영하였으며, 연료투입 후 1분 후의 유동화 상태를 확인하기 위해 다시 사진을 촬영하였다. 또한 10분이 경과한 후 유동화기체를 잠그고(유동화를 멈춘 상태에서) 사진을 촬영하여 그 동안 연료와 산소공여입자가 혼합된 정도를 사진으로 촬영하였다.
- 이와 같은 해석이 가능한지를 재확인하기 위해 적은 투입질량(1, 8g)이 아닌 많은 투입질량(10～30g)에서도 같은 결과를 얻을 수 있는지 확인실험을 수행하였다. 환원반응온도 900 ℃에서 고체연료 투입질량을 10, 20, 30g으로 변화시켜가면서 배출기체의 농도를 분석하였다.
- 회분식 유동층에 Roto coal을 장입한 후, 불활성 기체인 N2를 유동화기체로 사용하여 상온에서부터 800℃까지 온도를 증가시킨 후 온도를 유지하면서 온라인 기체분석기로 측정한 배출가스의 CH4, H2의 농도가 0%가 되는 것을 확인하는 방법으로 탈휘발의 종결을 확인하였다. 이후 상온까지 온도를 낮춘 후, 생성된 char를 회수하여 표준체(standard sieve)를 이용하여 입도를 분리하여 원하는 입자크기의 char를 분류하여 실험에 사용하였다. Table 1에는 Roto coal과 char의 공업분석 및 원소분석 결과를 나타내었다.
- 본 연구에서는 O2, CH4, CO, CO2, H2, NO를 측정할 수 있는 온라인 기체분석기를 사용하였으며 측정가능한 기체농도를 바탕으로 고체연료와 산소공여입자의 반응성을 해석하고자 하였다. 즉, 유동층반응기에서 배출되는 기체 중 질소와 수증기의 농도는 측정할 수 없으며, 환원반응동안 O2, NO는 검출되지 않았으므로 환원반응동안 고체연료의 연소특성은 CH4, CO, CO2, H2 농도를 기준으로 해석하였다. 또한 산소공여입자와 고체연료와의 반응성이 좋으면(산소공여입자가 충분한 산소를 공급할 수 있으면) 대부분의 고체연료가 완전연소될 수 있으므로 배출되는 기체 중 CO2의 농도가 높은 조건을 완전연소에 가까운 조건으로 고려하였고 CO, CH4, H2의 농도가 높은 경우는 불완전 연소 또는 탈휘발이 일어난 것으로 고려하였다.
- 환원반응에 의해 발생된 각 기체의 측정값이 모두 0%에 도달하면 환원반응이 종료된 것으로 간주하였다. 환원반응 후 N2를 공기로 교체하여 산화반응을 수행하였다. 산화반응동안 공급된 공기중의 산소는 산소공여입자와 반응하여 산소공여입자를 산화시키는 역할을 하게 된다.
- 이와 같은 해석이 가능한지를 재확인하기 위해 적은 투입질량(1, 8g)이 아닌 많은 투입질량(10～30g)에서도 같은 결과를 얻을 수 있는지 확인실험을 수행하였다. 환원반응온도 900 ℃에서 고체연료 투입질량을 10, 20, 30g으로 변화시켜가면서 배출기체의 농도를 분석하였다. 고체연료로는 75～300μm의 입도분포를 갖는 Roto coal과 char를 사용하였으며 산소공여입자로는 OCN703-1100 입자를 사용하였다.
- 03m에서 측정하였다. 회분식 유동층 반응기 배출기체에 포함된 수증기의 응축을 위해 유리제 냉각기를 응축기로 사용하였다. 회분식 유동층 반응기 배출기체에 포함된 마모미분의 포집을 위해 필터가 설치되었으며, 필터케이스 내부에는 상업용 백필터(bag filter)를 장착하였다.
- 반응기의 배출기체농도가 안정화되면 고체연료를 고체연료투입구를 통해 투입하여 환원반응을 수행하였다. 회분식 유동층 반응기에 연료를 투입하기 위해, 먼저 원하는 질량의 연료를 연료호퍼에 장입한 후, 호퍼 하부에 설치된 밸브를 개방하여 호퍼 내부의 연료가 유동층 고체층 상부로 투입되도록 하였다. 배출기체의 농도는 온라인 기체분석기를 사용하여 실시간으로 측정 및 기록하였다.
- 회분식 유동층 반응기 배출기체에 포함된 마모미분의 포집을 위해 필터가 설치되었으며, 필터케이스 내부에는 상업용 백필터(bag filter)를 장착하였다. 회분식 유동층 반응기에서 배출되는 기체농도의 분석을 위해 전용 기체분석기(ABB, Advanced Optima)를 사용하였으며 O2, NO, CO, CO2, H2 및 CH4 농도를 측정 및 기록하였다. 회분식 유동층 반응기의 온도, 압력 강하 및 기체분석기에서 분석되는 각 기체성분의 농도 값은 실시간으로 PC에 저장되었다.
- Char는 회분식 유동층을 이용하여 제조하였다. 회분식 유동층에 Roto coal을 장입한 후, 불활성 기체인 N2를 유동화기체로 사용하여 상온에서부터 800℃까지 온도를 증가시킨 후 온도를 유지하면서 온라인 기체분석기로 측정한 배출가스의 CH4, H2의 농도가 0%가 되는 것을 확인하는 방법으로 탈휘발의 종결을 확인하였다. 이후 상온까지 온도를 낮춘 후, 생성된 char를 회수하여 표준체(standard sieve)를 이용하여 입도를 분리하여 원하는 입자크기의 char를 분류하여 실험에 사용하였다.
대상 데이터
- 고체연료 입자크기 변화에 따른 산소공여입자와의 혼합특성 확인을 위해 내경 0.0544m, 높이 0.682m의 소형 아크릴 유동층 수력학특성 실험장치를 사용하였다. 산소공여입자로는 본 연구에서 사용한 입자를 사용하였으며, 고체층 높이 0.
- 고체연료로는 75～300μm의 입도분포를 갖는 Roto coal과 char를 사용하였으며 산소공여입자로는 106～212μm의 입도분포를 갖는 OCN703-1100입자를 사용하였다.
- 고체연료로는 75～300μm의 입도분포를 갖는 Roto coal과 char를 사용하였으며 산소공여입자로는 OCN703-1100 입자를 사용하였다.
- 고체연료로는 char를 사용하였으며 평균입경 60μm(45～75μm) 및 360μm(300～420μm)를 갖는 두 종류의 입자를 준비하였다.
- 고체연료로는 국내에 수입되어 이용되고 있는 인도네시아산 Roto coal을 기본 석탄으로 선정하였으며, 고체연료의 매체순환연소특성에 미치는 휘발분의 영향을 고려하기 위해 Roto coal에서 휘발분을 제거한 char를 대조군으로 선정하여 실험을 수행하였다. Char는 회분식 유동층을 이용하여 제조하였다.
- 본 연구에서 산소공여입자로는 기존 연구10)에서 Roto coal에 대해 반응성이 높게 나타난 OCN703-1100 입자를 사용하였다. 입자명으로 사용된 OCN703-1100에서 OC는 산소공여입자(oxygen carrier)의 약자이며, N은 Ni계 금속산화물, 70은 NiO의 무게 함량을 의미하고, 3은 세 번째로 제조된 입자, 1100은 소성온도를 의미한다.
- 682m의 소형 아크릴 유동층 수력학특성 실험장치를 사용하였다. 산소공여입자로는 본 연구에서 사용한 입자를 사용하였으며, 고체층 높이 0.4m가 되도록 충전하였다. 고체연료로는 char를 사용하였으며 평균입경 60μm(45～75μm) 및 360μm(300～420μm)를 갖는 두 종류의 입자를 준비하였다.
- 실험장치로는 Fig. 2에 나타낸 회분식 유동층 반응기를 사용하였다. 회분식 유동층 반응기는 기포 유동층 형태의 주 반응기, 반응기체 주입을 위한 질량유량계(MFC)와 MFC controller 등의 기체주입장치, 고체연료 주입을 위한 고체연료주입기, 반응기 온도제어를 위한 전기히터 및 온도조절기, 반응기 내부의 온도측정을 위한 열전대(K-type)와 온도표시기, 유동층의 압력강하 측정을 위한 2개의 차압형 압력변환기와 압력표시기, 반응기로부터 배출된 기체에 포함된 수분의 응축 제거를 위한 냉각장치, 마모입자의 포집을 위한 필터, 배출기체의 농도분석을 위한 온라인 기체분석기 등으로 구성되어 있다.
- 에서 Roto coal에 대해 반응성이 높게 나타난 OCN703-1100 입자를 사용하였다. 입자명으로 사용된 OCN703-1100에서 OC는 산소공여입자(oxygen carrier)의 약자이며, N은 Ni계 금속산화물, 70은 NiO의 무게 함량을 의미하고, 3은 세 번째로 제조된 입자, 1100은 소성온도를 의미한다. 이 입자는 분무건조법에 의해 제조되었으며, 평균입경은 159㎛이고 벌크밀도는 1450kg/m3이다.
- 주 반응기인 기포유동층은 내경 0.052m, 두께 0.003m, 높이 0.7m의 스테인레스 스틸(SUS 310)로 제작하였으며, 같은 재질로 제작된 플레넘(plenum)은 내경 0.052m, 두께 0.003m, 높이 0.07m이다. 유동화 기체는 가스미터로 보정된 질량유량계(MFC, 5850E & 5850i, brooks instrument)와 MFC controller(GMATE 2000, LOKAS automation Co.
- 회분식 유동층반응기를 이용한 실험에서 유동화 기체로는 질소를 사용하였으며 고체연료의 연소에 필요한 산소는 산소공여입자에 의해 공급된다. 회분식 유동층반응기에서 고체연료는 고온조건에서 반응기에 공급되므로 고체연료에 포함된 수분의 증발, 탈휘발 및 연소가 일어나게 된다.
성능/효과
- 1) OCN703-1100 입자에 대해 고체연료 종류에 따른 최적 반응온도를 선정하기 위한 실험결과, Roto coal의 경우 900℃에서, char의 경우 온도가 높을수록(∼950℃) 연소성이 우수한 것으로 나타났으나 char의 경우 900℃와 950℃의 연소성의 차이가 크지 않았으므로 Roto coal과 char 모두 900℃를 최적 반응온도로 선정하였다.
- 2) 고체연료의 입자크기 변화가 연소특성에 미치는 영향을 고찰하기 위한 실험결과, Roto coal과 char 모두 고체연료의 입자크기가 증가할수록 연소성이 개선되었다. 이와 같은 결과를 해석하기 위해 고체연료의 입자크기 변화에 따른 고체들의 혼합정도를 시각적으로 관찰하였으며 고체연료의 입자크기가 증가함에 따라 산소공여입자와의 혼합도가 증가하였고 이로 인해 연소성이 개선되는 것으로 사료되었다.
- 3) 연료투입 질량이 증가함에 따라 연소성이 개선되는 결과를 해석하기 위해 실험에 사용한 고체연료의 입도분석을 수행하였으며 투입질량이 증가함에 따라 산소공여입자와 원활하게 혼합될 수 있는 큰 입자의 절대량이 증가하기 때문으로 해석할 수 있었다. 또한 확인실험을 통해 경향성을 재확인 하였다.
- 5(b)와 같이 고체연료가 산소공여입자와 원활하게 혼합되는 경우에는 충분히 산소를 전달받을 수 있게 되므로 원활한 연소가 가능하다. 결과적으로 Fig. 4의 결과와 같이 고체연료의 입자크기가 증가함에 따라 CO2 상대농도가 증가하고 CO, CH4, H2 상대농도가 감소하는 경향은 고체연료의 입자 크기가 증가함에 따라 산소공여입자와의 혼합이 원활해져 충분한 산소를 공급받을 수 있기 때문으로 해석할 수 있다. 한편 이와 같은 경향은 환원반응기 상부에서 고체연료를 공급하기 때문에 나타난 결과이다.
- 하지만 900℃와 950℃를 비교하면 CO, CH4, H2 상대농도의 감소는 크지 않았다. 결과적으로 Roto coal과 char 모두 900℃를 최적 반응온도로 선정하였다.
- 3에 나타난 경향과 마찬가지로, 연료의 투입질량이 많을 때에도 Roto coal과 char 모두 연료투입질량이 증가함에 따라 CO2 상대농도가 증가하고 CO, CH4, H2 상대농도가 감소하는 경향을 나타내었다. 결과적으로 앞서 설정한 가설(연료의 투입질량이 증가함에 따라 혼합입도의 입자에 포함된 큰 입자의 상대적 질량이 증가하고, 큰 입자들이 산소공여입자와 잘 혼합되어 연소성이 좋아짐)을 확인할 수 있었다.
- 회분식 유동층반응기에서 고체연료는 고온조건에서 반응기에 공급되므로 고체연료에 포함된 수분의 증발, 탈휘발 및 연소가 일어나게 된다. 결과적으로 유동층반응기에서 배출되는 기체에는 유동화기체로 사용된 질소(N2), 수분증발 및 고체연료에 포함된 수소성분의 연소에 의한 수증기(H2O), 고체연료에 포함된 탄소의 완전연소에 의한 이산화탄소(CO2), 고체연료에 포함된 탄소의 불완전연소에 의한 일산화탄소(CO), 고체연료에 포함된 휘발분의 탈휘발에 의한 발생기체 등이 포함될 수 있다. 본 연구에서는 O2, CH4, CO, CO2, H2, NO를 측정할 수 있는 온라인 기체분석기를 사용하였으며 측정가능한 기체농도를 바탕으로 고체연료와 산소공여입자의 반응성을 해석하고자 하였다.
- 을 사용하여 저회분 석탄의 매체순환연소 적용가능성을 검토하고, 고체연료 매체순환연소 시스템에 적용하기 위한 산소공여입자를 선정하기 위해 NiO/bentonite 입자와 OCN703-1100 입자를 산소공여입자 후보군으로 선정하여 고체연료와의 반응성을 측정 및 비교하였다. 두 가지 석탄 중 Roto coal의 반응성이 높게 나타나 저회분 석탄의 적용가능성은 낮게 나타났으며 산소공여입자 중에서는 Roto coal에 대해 반응성이 우수한 OCN703-1100 입자를 사용하는 것이 적합한 것으로 나타났다.
- 표에 나타난 바와 같이 본 연구에서 사용한 산소공여입자의 입자크기인 106～212㎛ 보다 큰 입자가 작은입자보다 많이 존재한다. 따라서 이와 같은 혼합입도의 연료가 환원반응기에 주입 될 때, 입자의 투입질량이 증가함에 따라 산소공여입자와 원활하게 혼합될 수 있는 큰 입자의 양이 작은입자에 비해 상대적으로 많이 증가하므로 투입질량이 증가함에 따라 CO2 상대농도가 증가하고 CO, CH4, H2 상대농도는 감소하는 것으로 해석할 수 있다.
- 2) 고체연료의 입자크기 변화가 연소특성에 미치는 영향을 고찰하기 위한 실험결과, Roto coal과 char 모두 고체연료의 입자크기가 증가할수록 연소성이 개선되었다. 이와 같은 결과를 해석하기 위해 고체연료의 입자크기 변화에 따른 고체들의 혼합정도를 시각적으로 관찰하였으며 고체연료의 입자크기가 증가함에 따라 산소공여입자와의 혼합도가 증가하였고 이로 인해 연소성이 개선되는 것으로 사료되었다.
- 한편 그림에 나타난 바와 같이 Roto coal과 char 모두 고체연료의 입자크기가 증가할수록 CO2 상대농도는 증가하였으며 CO, CH4 및 H2 상대농도가 감소하는 경향을 나타내었다. 즉, 고체연료의 입자크기가 증가함에 따라 연소성이 개선되는 경향을 나타내었다. 이와 같은 현상은 상부에서 자유낙하에 의해 주입되는 고체연료의 입자크기 변화에 따라 고체연료와 산소공여입자의 반응성이 달라질 수 있음을 의미한다.
- 3의 고온조건(800℃ 이상)에서 나타난 결과와 유사하였다. 한편 그림에 나타난 바와 같이 Roto coal과 char 모두 고체연료의 입자크기가 증가할수록 CO2 상대농도는 증가하였으며 CO, CH4 및 H2 상대농도가 감소하는 경향을 나타내었다. 즉, 고체연료의 입자크기가 증가함에 따라 연소성이 개선되는 경향을 나타내었다.
- 한편 평균입경 360μm를 갖는 비교적 입자크기가 큰 입자의 경우에는 연료를 투입하면 산소공여입자에 비해 크고 무겁기 때문에 산소공여입자 층 내부(즉, 하부)로 이동하는 것이 관찰되었으며 유동화에 의해 상하운동을 반복하는 산소공여입자와 원활하게 혼합되었다.
- 1) OCN703-1100 입자에 대해 고체연료 종류에 따른 최적 반응온도를 선정하기 위한 실험결과, Roto coal의 경우 900℃에서, char의 경우 온도가 높을수록(∼950℃) 연소성이 우수한 것으로 나타났으나 char의 경우 900℃와 950℃의 연소성의 차이가 크지 않았으므로 Roto coal과 char 모두 900℃를 최적 반응온도로 선정하였다. 한편 휘발분이 적은 char가 Roto coal에 비해 연소성이 우수한 것으로 나타났다.
후속연구
- 스크류피더를 통한 원활한 연료공급을 위해 축방향 purge 기체로 CO2 또는 질소를 사용하였으나 스크류피터로 공급되는 purge gas의 유량이 많아서 환원반응기에서 배출되는 기체가 희석되는 단점이 있었다. 결과적으로 고체연료의 투입방법에 대한 보다 세밀한 검토가 필요하며, 고체연료의 투입조건이 반응성에 미치는 영향에 대한 해석이 필요하다.
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