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500MW급 화력발전 보일러의 석탄회 연소 시뮬레이션
Coal Ash Combustion Simulation for 500-MW Coal-firing Boiler 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.35 no.9 = no.312, 2011년, pp.939 - 946  

황민영 (부산대학교 기계공학부) ,  전충환 (부산대학교 기계공학부) ,  송주헌 (부산대학교 기계공학부) ,  김규보 (화력발전 에너지 분석기술센터) ,  김승모 (화력발전 에너지 분석기술센터) ,  박명석 (남부발전 하동화력본부)

초록
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석탄은 고정탄소분, 휘발분, 수분, 회로 구성되며, 연소시 회성분과 소량의 고정탄소분이 남게 된다. 석탄 화력 발전소에서는 석탄연소 후 나오는 잔여물(고정탄소분, 회)를 통칭하여 석탄회 라고 부르고 있다. 현재 발전소에서는 정제회(LOI함량 6%미만)는 경량골재의 원료로 재활용해 수익을 창출하고 있으나, LOI함량이 높은 회는 재활용이 불가능해 땅에 매립하고 있다. 이에 따라 환경적인 부담금을 줄이고 정제회 판매의 수익을 올리기 위해 회성분의 LIO감량은 필수적이다. 본 연구에서는TGA(Thermo-gravime- tric analysis)와 DTF(Drop tube furnce) 실험을 통해 석탄과 석탄회 연소를 위한 실험적인 상수 값을 결정하였다. 500MW급 표준화력발전 보일러를 모델링하고, 전산해석을 위해 격자를 형성시키고 적절한 해석 모델을 선정하였으며, 석탄회 재연소 시뮬레이션을 수행하여 석탄회 투입시 보일러 내부의 온도 및 유동을 모사하였다. 보일러 내부 석탄 입자와 회입자의 이동 궤적을 통해 가능한 높은 버너 위치에서 석탄회를 투입하는 것이 적절함을 나타내었다. 또한 실제 설치 가능한 D버너에서 6ton/h로 공급시에 기존의 보일러에 큰 영향을 주지 않으며 재연소 가능함을 알 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In thermal power generation companies, the recycling of refined ash (LOI 6%) in a PC-firing furnace can be an alternative. In this study, a numerical analysis was performed to demonstrate the effects of ash re-burning. An experimental constant value was decided by TGA (thermo-gravimetric analysis),...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그러나 LOI함량이 높은 석탄회의 경우는 재활용이 불가능하여 회사장에 매립되고 있고 그에 따라 환경부담금이 경제적 손실을 가져오고 있다. 따라서 화력발전소에서는 고미연탄소분을 포함하고 있는 석탄회의 정제기술을 통해 발생되는 석탄회의 전량을 재활용하는 것을 목표로 하고 있으며, 이러한 목표에 적합한 석탄회 정제기술이 필요한 실정이다. 이러한 문제점을 해결할 수 있는 한가지 방안으로 화력발전 보일러에 석탄과 함께 고미연분의 석탄회를 투입하여 연소시킴으로써, 미연분 탄소의 이용을 최대화 하고, 정제회를 얻는 방법을 생각해 볼 수 있다.
  • 이에 따라 보일러 내의 온도와 유동 현상을 파악하는데 있어 경제적, 실험적인 이유로 Pilot scale 문제에 제시되는 방법은 CFD를 통한 수치적 접근방법이다. 본 연구에서는 전산수치해석을 통해 석탄회 재연소시 석탄회 공급량에 따른 보일러 내에서 일어나는 여러 현상에 대한 모사와 분석을 통해, 석탄회 재연소의 가능성을 평가하고자 한다.

가설 설정

  • 석탄회는 공업분석 결과 6~9%의 높은 LOI를 함량한 샘플중 8% 함량 시료를 선택하여 실험을 수행하였다. 실험결과값 도출에 있어서 회를 고정탄소분을 8% 함량하고 수분 및 휘발분이 없는 석탄으로 가정하고 촤-산화로 가정하여 결과를 도출 하였다. Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
점화감소량이란? 석탄은 고정탄소분 휘발분 수분 그리고 회 성분으로 이루어져 있으며, 연소후 소량의 고정탄소분과 함께 회성분이 남는다. 발전소에서는 연소후 남은 이 두가지 성분을 석탄회 라는 용어로 통칭하여 부르고 있으며, 석탄회 성분중 미연탄소분의 함량을 점화감소량(Loss of Ignition) 즉 LOI라고 축약하여 부르고 있다. 화력발전소에서 배출되는 석탄회 중 정제회(LOI<6%)는 발전소에서 반출되어 경량골재의 원료로 재활용되어 발전소 수익창출에 기여를 하고 있다.
발전소에서 석탄을 연소한 후 남은 석탄회는 어떤 성분으로 이루어져있는가? 석탄은 고정탄소분 휘발분 수분 그리고 회 성분으로 이루어져 있으며, 연소후 소량의 고정탄소분과 함께 회성분이 남는다. 발전소에서는 연소후 남은 이 두가지 성분을 석탄회 라는 용어로 통칭하여 부르고 있으며, 석탄회 성분중 미연탄소분의 함량을 점화감소량(Loss of Ignition) 즉 LOI라고 축약하여 부르고 있다.
환경부담금을 줄이기 위한 화력발전소의 목표는 무엇인가? 그러나 LOI함량이 높은 석탄회의 경우는 재활용이 불가능하여 회사장에 매립되고 있고 그에 따라 환경부담금이 경제적 손실을 가져오고 있다. 따라서 화력발전소에서는 고미연탄소분을 포함하고 있는 석탄회의 정제기술을 통해 발생되는 석탄회의 전량을 재활용하는 것을 목표로 하고 있으며, 이러한 목표에 적합한 석탄회 정제기술이 필요한 실정이다. 이러한 문제점을 해결할 수 있는 한가지 방안으로 화력발전 보일러에 석탄과 함께 고미연분의 석탄회를 투입하여 연소시킴으로써, 미연분 탄소의 이용을 최대화 하고, 정제회를 얻는 방법을 생각해 볼 수 있다.
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참고문헌 (4)

  1. Li, S., et. al., 2007, "Optimization of Coal Reburning in a 1MW Tangentially Fired Furnace," Fuel, No. 86, pp. 1169-1175 

  2. Wan, H. P., et al., 2008, "Controlled LOI from Coal Reburning in a Coal-Fired Boiler," Fuel, No. 87, pp. 290-296. 

  3. Park, H. Y., et al., 2007, "Reburning of Bottom Ash in a Coal-Fired Power Plant and Its Effect on the Plant Management," Korea Society of Waste Management, 24, Vol 5, pp. 472-481 

  4. Kim, S. G., et al., 2010, "Experimental Study Characteristic of Char Oxidation and Kinetic Rate in O2/CO and O2/N2 Environment," Trans. of the KSME(B), Vol. 34, No. 12, pp. 1101-1109. 

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