[논문]스팀 유동층 건조기를 이용한 고수분 저등급 석탄의 건조 특성

김기영; 이영우; 박재혁; 선도원; 배달희; 신종선; 류호정; 박재현

doi:10.7464/ksct.2014.20.3.321

스팀 유동층 건조기를 이용한 고수분 저등급 석탄의 건조 특성
Drying Characteristics of High Moisture Low Rank Coal using a Steam Fluidized-bed Dryer 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.20 no.3, 2014년, pp.321 - 329

김기영 (충남대학교 에너지과학기술대학원) , 이영우 (충남대학교 에너지과학기술대학원) , 박재혁 (연세대학교 화공생명공학과) , 선도원 (한국에너지기술연구원 온실가스연구실) , 배달희 (한국에너지기술연구원 온실가스연구실) , 신종선 (한국에너지기술연구원 온실가스연구실) , 류호정 (한국에너지기술연구원 온실가스연구실) , 박재현 (한국에너지기술연구원 온실가스연구실)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 고수분 저등급 석탄을 저수분 석탄으로 만들기 위하여 실험실 규모의 회분식 스팀 유동층 건조기를 사용하여 수분이 약 26%함유된 인도네시아산 저등급 석탄을 5% 이하로 건조하였다. 일반적으로 이산화탄소 포집 및 저장기술(carbon capture and storage, CCS)은 $CO_2$를 재생하는 공정에서 $100{\sim}150^{\circ}C$의 스팀과 $CO_2$혼합가스를 배출한다. 이때 배출되는 가스의 열을 사용하여 저등급 석탄을 건조하는 것이 본 연구의 최종 목적이다. 이를 위하여 본 연구에서는 건조의 열원으로 스팀을 사용하고, 유동화 가스는 $CO_2$를 사용하여 저등급 석탄을 건조하였다. 연구에 사용한 스팀의 유량은 0.3~1.1 kg/hr, 온도는 $100~130^{\circ}C$, 석탄의 층높이는 9~25 cm로 변화시켰다. 건조 후 석탄의 특성 변화는 공업분석, 발열량분석 그리고 입자크기 분석을 통하여 확인하였다. 변수 실험을 수행한 결과 원탄의 건조속도는 스팀의 유량과 온도가 증가함에 따라 증가하였고, 층높이가 감소할수록 건조속도가 증가하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, Indonesia low rank coal, which has moisture content of around 26%, is dried less than 5% by using a laboratory-scale (batch type) steam fluidized-bed dryer in order to produce the low-moisture, high rank coal. Normally, CCS (carbon capture and storage) process discharges $CO_2$ and steam mixture gas around $100-150^{\circ}C$ of temperature after regeneration reactor. The final purpose of this research is to dry low rank coal by using the outlet gas of CCS process. At this stage, steam is used as heat source for drying through the heat exchanger and $CO_2$ is used as fluidizing gas to the dryer. The experimental variables were the steam flow rate ranging from 0.3 to 1.1 kg/hr, steam temperature ranging from 100 to $130^{\circ}C$, and bed height ranging from 9 to 25 cm. The characteristics of the coal, before and after drying, were analyzed by a proximate analysis, the heating value analysis and particle size analysis. In summary, the drying rate of low rank coal was increased as steam flow rate and steam temperature increased and increased as bed height decreased.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 실험실 규모의 스팀 유동층건조기를 사용하여 스팀의 유량 및 온도, 석탄의 층높이 등의 변수가 건조 속도에 미치는 영향을 파악하였다.

제안 방법

건조기 내부의 열교환기를 빠져나간 스팀은 건조기 후단에 설치된 응축기를 통하여 물로 모두 응축된 후 포집되어 물질수지를 계산하는데 사용된다. 건조기 내부에 설치된 열전대와 압력계를 통하여 건조 시 압력과 온도를 측정하며 석탄의 수분함량을 측정하기 위해 건조기 하단의 밸브를 통하여 일정시간마다 석탄을 샘플링 하였다.
본 연구에 사용된 유동층 건조기는 일반적인 유동층 건조기에 추가로 내부에 열교환기가 설치되어 있다. 건조기 내부의 열교환기가 석탄 입자의 유동화에 방해 요인이 될 수 있기 때문에 실험에 앞서 석탄 입자유동화 상태를 확인하였다. 우선 건조기 내에서 유동화가 잘되는지 알아보기 위하여 최소 유동화속도에 대한 계산 값과 실험값을 비교하였다.
또한 건조된 석탄을 발전소에서 바로 사용할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 최종적으로는 CCS공정에서 발생하는 배가스를 이용하여 유동층 건조를 통한 저등급 석탄의 고품위화를 할 계획이며, 이번 실험에서는 스팀을 건조 열원으로, CO₂를 유동화 가스로 사용하여 실험 하였다.
본 실험에 사용된 스팀은 증기 발생기를 통해 생성하였고, CO₂실린더를 통해 CO₂가스를 공급하여 CCS 공정의 배가스와 비슷한 온도 조건에서 실험을 진행하였다. 실험은 물을 증기 발생기에서 가열하여 실험 조건의 온도로 스팀을 발생시키고 이때 발생한 스팀은 건조기로 주입되는 동안 응축을 방지하기 위하여 예열기를 통해 온도를 조절하여준다.
본 연구에서는 실험실 규모의 스팀유동층 건조 장치에서 스팀의 유량과 온도, 석탄의 층높이를 변수로 하여 저등급 고수분 석탄의 건조실험을 수행하였다. 최초 수분함량 25.
[24]은 스팀유동층에서의 스팀의 유량, 석탄 투입량. 석탄의 크기 등의 변수에서의 석탄건조에 대한 모델링을 하였다. 위의 논문에서 스팀의 유량 증가에 따른 석탄의 층온도 및 수분함량 그래프를 보면 유량이 증가할 때, 석탄의 층온도는 주입되는 스팀의 유량이 증가함에 따라 지속적으로 증가하였고, 수분함량 또한 스팀의 유량이 증가함에 따라서 감소하였다.
실험 장치는 크게 스팀을 공급하기 위한 증기 발생기(steam generator)와 스팀의 온도를 제어하기 위한 예열기(pre heater), 스팀의 열을 건조기로 전달하기 위한 열교환기(heat exchanger), 가스의 유량을 조절하기 위한 질량유량계(mass flow controller, MFC), 고수분 저등급 석탄의 건조가 이루어지는 유동층 건조기, 비산되는 미분을 포집하기 위한 사이클론(cyclone)과 백 필터(bag filter) 등으로 구성되어 있다. 스팀 유동층 건조기의 크기는 가로 80 mm, 세로 80 mm, 높이는 500 mm 이고, 건조기의 하단에는 금속분산판이 설치되어 유동화가스가 건조기 내에 균일하게 공급될 수 있도록 하였다. 그리고 건조기 하단에는 건조된 석탄을 배출하기 위한 밸브를 설치하였다.
5 mm의 석탄을 500 g 사용하여 실험하였다. 실험 시 상온 상압의 조건에서 30초 간격으로 유량을 1 L/min씩 증가 시키며 유속을 측정하였으며, 유동화 정도는 유동층 건조기에 설치되어 있는 압력계를 이용하여 차압을 실시간으로 확인하였다. 실험 결과 최소유동화속도는 3.
Figure 1에 고수분 저등급 석탄을 건조하기 위한 회분식 스팀 유동층 건조기의 공정도를 나타내었다. 실험 장치는 크게 스팀을 공급하기 위한 증기 발생기(steam generator)와 스팀의 온도를 제어하기 위한 예열기(pre heater), 스팀의 열을 건조기로 전달하기 위한 열교환기(heat exchanger), 가스의 유량을 조절하기 위한 질량유량계(mass flow controller, MFC), 고수분 저등급 석탄의 건조가 이루어지는 유동층 건조기, 비산되는 미분을 포집하기 위한 사이클론(cyclone)과 백 필터(bag filter) 등으로 구성되어 있다. 스팀 유동층 건조기의 크기는 가로 80 mm, 세로 80 mm, 높이는 500 mm 이고, 건조기의 하단에는 금속분산판이 설치되어 유동화가스가 건조기 내에 균일하게 공급될 수 있도록 하였다.
가스를 공급하여 CCS 공정의 배가스와 비슷한 온도 조건에서 실험을 진행하였다. 실험은 물을 증기 발생기에서 가열하여 실험 조건의 온도로 스팀을 발생시키고 이때 발생한 스팀은 건조기로 주입되는 동안 응축을 방지하기 위하여 예열기를 통해 온도를 조절하여준다. 스팀은 유동층 건조기 내부의 열교환기로 공급하게 되는데 이때 열교환기에서 건조기 내부로 이동되는 스팀의 열을 건조에 사용한다.
1 kg/hr로 하였고, 유동층 건조기내부로 주입되는 CO₂의 유입유량은 25 L/min으로 조절하였고, 석탄의 층높이는 9~25 cm로 변화하였다. 실험은 수분함량이 5% 이하로 감소될 때까지 수행되었으며, 건조실험 중 샘플링은 건조가 시작된 후 실험 조건에 따라 5~10분 간격으로 수행하였다.
열교환기로는 100~130 ℃의 스팀이 주입되며, 유동화가스로 사용되는 CO₂는 상온의 상태로 건조기로 주입된다. 열교환기를 통과하는 스팀의 유량은 0.3~1.1 kg/hr로 하였고, 유동층 건조기내부로 주입되는 CO₂의 유입유량은 25 L/min으로 조절하였고, 석탄의 층높이는 9~25 cm로 변화하였다. 실험은 수분함량이 5% 이하로 감소될 때까지 수행되었으며, 건조실험 중 샘플링은 건조가 시작된 후 실험 조건에 따라 5~10분 간격으로 수행하였다.
건조기 내부의 열교환기가 석탄 입자의 유동화에 방해 요인이 될 수 있기 때문에 실험에 앞서 석탄 입자유동화 상태를 확인하였다. 우선 건조기 내에서 유동화가 잘되는지 알아보기 위하여 최소 유동화속도에 대한 계산 값과 실험값을 비교하였다. 계산에 사용된 식은 1952년 Ergun이 발표한 최소유동화속도식을 사용하였으며 최소유동화속도식은 식 (1)에 나타내었다[20].
그리고 건조기 하단에는 건조된 석탄을 배출하기 위한 밸브를 설치하였다. 유동층 건조기 내의 압력과 온도측정은 열전대(thermocouples)와 압력계를 설치하여 실시간으로 측정하였다. 열전대는 분산판위 50 mm, 200 mm, 400 mm에 위치해 있으며 압력계 또한 동일한 위치에 설치하였다.
[22]의 연구에서도 주입가스 온도와 시간에 따른 건조기 내의 석탄 층온도에 대한 그래프가 게시되어 있다. 이 논문에서는 125, 150, 175 ℃별로 시간에 따른 층온도 변화를 나타내었고, 세 조건 모두 Figure 5와 유사한 층온도 경향을 나타내었다.
[25]은 스팀 유동층 건조기에서 전처리 및 실험 조건에 따른 건조율에 대한 연구를 하였다. 이 논문에서는 층높이 10.0, 12.5, 15.0 cm에서 두 가지 온도 조건으로 실험 하였다. 실험 결과는 본 논문의 실험 결과와 유사하였으며, 층높이가 낮을수록 건조속도가 빠르게 나타났다.

대상 데이터

본 실험에서는 고수분 저등급 석탄인 인도네시아산 아역청탄을 사용하였다. 실험에 사용한 석탄의 공업분석, 원소분석, 발열량분석 결과를 Table 1에 나타내었다.
저등급 고수분 석탄 건조에 대한 실험조건들은 Table 2에 나타내었다. 실험에 사용된 석탄은 인도네시아 석탄을 사용 하였고, 건조 전 석탄의 수분함량은 25.87%이다. 열교환기로는 100~130 ℃의 스팀이 주입되며, 유동화가스로 사용되는 CO₂는 상온의 상태로 건조기로 주입된다.
이 계산 값을 바탕으로 최소유동화속도에 대한 실험을 하였으며 Figure 2에 스팀 유동층 건조기에서 최소유동화속도를 측정한 결과를 나타내었다. 유동화 가스는 CO₂를 사용하였으며, 입자크기 0.3~0.5 mm의 석탄을 500 g 사용하여 실험하였다. 실험 시 상온 상압의 조건에서 30초 간격으로 유량을 1 L/min씩 증가 시키며 유속을 측정하였으며, 유동화 정도는 유동층 건조기에 설치되어 있는 압력계를 이용하여 차압을 실시간으로 확인하였다.
Figure 5는 건조기 내부 석탄의 층온도이다. 이 그래프의 실험 조건은 0.3 kg/hr, 100 ℃의 스팀을 주입하였으며, 600 g(17 cm)의 석탄을 투입하였다. 주입되는 스팀의 온도는 100℃로 안정적으로 유지되었고 층온도의 경우 건조 초기에는 석탄에 전해지는 열이 수분을 증발시키기 위한 증발잠열로 사용되면서 온도가 유지되었으며, 건조가 진행됨에 따라 층온도가 상승하기 시작하는데 이는 석탄내의 수분이 건조가 되면서 수분을 증발 시키는데 사용되던 열의 일부가 석탄의 온도를 올리는데 사용되었기 때문에 층온도가 지속적으로 상승하였다.

이론/모형

우선 건조기 내에서 유동화가 잘되는지 알아보기 위하여 최소 유동화속도에 대한 계산 값과 실험값을 비교하였다. 계산에 사용된 식은 1952년 Ergun이 발표한 최소유동화속도식을 사용하였으며 최소유동화속도식은 식 (1)에 나타내었다[20]. 이외에도 석탄 및 유체의 특성이 Ergun의 식에 적합한지 알기 위해서 Reynolds numbers(2)와 Archimedes number(3)가 적용되었다.
원소 분석의 경우에는 KS E3706(석탄류의 황분 측정 방법)을 사용하여 분석하였으며, 분석을 위한 장치는 TruSpec elemental analyzer (Leco Co, USA)를 사용하였다. 발열량 분석에 사용된 장치는 Parr 630EF calorimeter (Parr Co, USA)로써 KS E 3705(석탄류 및 코크스류의 발열량 측정 방법)를 사용하여 측정하였다. 수분 측정은 HR-83P moisture analyzer (Metter Toledo, Republic of Korea)를 사용하였으며, 이 분석기는 열 중량 분석 원칙에 따라 작동된다.
발열량 분석에 사용된 장치는 Parr 630EF calorimeter (Parr Co, USA)로써 KS E 3705(석탄류 및 코크스류의 발열량 측정 방법)를 사용하여 측정하였다. 수분 측정은 HR-83P moisture analyzer (Metter Toledo, Republic of Korea)를 사용하였으며, 이 분석기는 열 중량 분석 원칙에 따라 작동된다.
실험에 사용된 분석 장비로는 석탄의 입도를 분석하기 위하여 Microtrac S3500 (Microtrac Inc, USA)을 사용하였고, 석탄의 물성을 알아보기 위하여 KS E 3705(석탄류의 공업분석 방법)로 공업분석을 하였으며, TGA-701 Thermo-gravimeter (Leco Co, USA)를 사용하였다. 원소 분석의 경우에는 KS E3706(석탄류의 황분 측정 방법)을 사용하여 분석하였으며, 분석을 위한 장치는 TruSpec elemental analyzer (Leco Co, USA)를 사용하였다.
실험에 사용된 분석 장비로는 석탄의 입도를 분석하기 위하여 Microtrac S3500 (Microtrac Inc, USA)을 사용하였고, 석탄의 물성을 알아보기 위하여 KS E 3705(석탄류의 공업분석 방법)로 공업분석을 하였으며, TGA-701 Thermo-gravimeter (Leco Co, USA)를 사용하였다. 원소 분석의 경우에는 KS E3706(석탄류의 황분 측정 방법)을 사용하여 분석하였으며, 분석을 위한 장치는 TruSpec elemental analyzer (Leco Co, USA)를 사용하였다. 발열량 분석에 사용된 장치는 Parr 630EF calorimeter (Parr Co, USA)로써 KS E 3705(석탄류 및 코크스류의 발열량 측정 방법)를 사용하여 측정하였다.
계산에 사용된 식은 1952년 Ergun이 발표한 최소유동화속도식을 사용하였으며 최소유동화속도식은 식 (1)에 나타내었다[20]. 이외에도 석탄 및 유체의 특성이 Ergun의 식에 적합한지 알기 위해서 Reynolds numbers(2)와 Archimedes number(3)가 적용되었다. Table 3은 최소유동화속도실험에 사용된 석탄 입자와 유동화가스의 특성을 나타낸 표이다.

성능/효과

1 kg/hr까지 스팀유량을 변화 시키며 건조하였고 유량이 증가함에 따라 건조가 빨리 진행됨을 알 수 있다. 0.3 kg/hr의 유량을 주입할 경우 가장 느리게 건조가 되었고 유량을 1.1 kg/hr로 증가시켰을 때는 건조가 시작된 후 30분이내에 석탄의 수분함량이 5%미만으로 감소하였다. Chen et al.
위와 같은 결과를 보았을 때 스팀유동층을 이용한 고수분 저등급 석탄의 건조는 안정적인 석탄 건조방법임을 확인하였다. CCS 공정에서 발생하는 스팀을 석탄 건조에 이용 시 기존의 열풍을 이용한 건조보다 높은 건조율을 나타낼 것으로 판단된다.
건조 전 석탄의 평균 입도는 283 μm이었으나 건조 후는 259 μm로 감소하였으며 사이클론에 포집된 석탄입자의 크기는 19 μm로 건조 중 부서진 석탄이 사이클론으로 비산되었음을 알 수 있다.
층높이 변수의 경우에는 9~25 cm의 조건으로 실험을 하였으며 층높이가 낮을수록 건조속도가 빨라짐을 알 수 있었다. 건조 후 석탄의 물성변화를 확인하기 위하여 공업분석, 발열량분석을 실시하였으며 결론적으로 수분의 함량이 감소하였고 상대적으로 고정탄소와 휘발분 등이 증가하였으며 석탄의 발열량은 3,860 kcal/kg에서 5,510 kcal/kg으로 고품위화 되었음을 알 수 있었다. 위와 같은 결과를 보았을 때 스팀유동층을 이용한 고수분 저등급 석탄의 건조는 안정적인 석탄 건조방법임을 확인하였다.
계산 결과 Archimedes number는 1390.64, Reynolds numbers 는 1.17로 최소유동화속도 식의 조건인 Rep.mf < 20을 만족하였으며, 최소유동화속도는 계산 결과 4.3 cm/s였다.
Table 4에 건조된 석탄의 공업 분석, 발열량 분석, 원소 분석 결과를 나타내었다. 공업 분석 결과를 보면, 건조 전에는 25.87%였던 수분함량이 건조 후에는 1.53%까지 감소하였고 휘발분의 경우에는 35.91%에서 41.32%로 증가하였으며, 회분은 10.65%에서 16.39%로, 고정탄소는 27.57%에서 40.77%로 증가하였다. 건조 전에 비하여 건조 후에는 휘발분, 회분, 고정탄소의 비율이 수분함량이 감소함에 따라 상대적으로 증가하였다.
실험에 사용한 석탄의 공업분석, 원소분석, 발열량분석 결과를 Table 1에 나타내었다. 공업분석결과 석탄의 수분함량은 25.87%, 회분은 10.65%, 휘발분은 35.91%, 고정탄소는 27.57%이며, 원소분석결과 탄소함량 64.75%, 수소 4.01%, 질소 1.18%, 산소 13.41%, 유황분 0.26%로 나타났다. 발열량은 도착시료기준으로 3,860 kcal/kg이다.
건조 전에 비하여 건조 후에는 휘발분, 회분, 고정탄소의 비율이 수분함량이 감소함에 따라 상대적으로 증가하였다. 발열량 분석 결과를 보면 석탄이 건조됨에 따라 저위발열량의 경우 3,860 kcal/kg에서 5,510 kcal/kg로 1,650 kcal/kg만큼의 발열량이 증가하였다. 건조가 진행되면서 석탄 내의 수분함량이 감소하기에 위의 공업분석 결과에서도 알 수 있듯이 단위무게 당 고정탄소량이 증가하여 석탄의 발열량이 증가하였다.
둘째, 수분이 증발하면서 석탄의 수축으로 인해 내부 기공들의 붕괴되어 석탄 입자의 구조가 변하면서 부서지게 되는 경우. 셋째, 건조기 내부에서 유동화가스로 인하여 입자와 입자 혹은 입자와 건조기 벽간의 충돌로 입자가 부서지는 경우이다. 건조로 인한 직접적인 무게 감소 및 건조 중 발생한 미세한 석탄입자가 유동화가스에 의해 사이클론으로 비산되어 고체층의 무게가 감소하게 된다.
스팀의 유량을 변수로 진행한 실험에서는 스팀의 유량이 증가함에 따라 건조속도가 증가하였다. 스팀의 온도 변수 또한 가장 높은 온도인 130 ℃에서 가장 빠른 건조속도를 나타내었고 온도가 낮아질수록 건조속도가 느려지는 경향을 보였다. 층높이 변수의 경우에는 9~25 cm의 조건으로 실험을 하였으며 층높이가 낮을수록 건조속도가 빨라짐을 알 수 있었다.
87%의 저등급 고수분 석탄을 모든 변수 조건에서 수분함량 5%이하로 안정적으로 건조하였다. 스팀의 유량을 변수로 진행한 실험에서는 스팀의 유량이 증가함에 따라 건조속도가 증가하였다. 스팀의 온도 변수 또한 가장 높은 온도인 130 ℃에서 가장 빠른 건조속도를 나타내었고 온도가 낮아질수록 건조속도가 느려지는 경향을 보였다.
7 kg/hr, 석탄의 층높이는 17 cm로 하고 스팀의 온도를 100~130 ℃의 조건으로 변화 시키며 실험하였다. 실험 결과 스팀의 온도가 증가함에 따라 석탄내의 수분함량이 빠른 시간 내에 감소하였다. 이는 Woo et al.
실험 시 상온 상압의 조건에서 30초 간격으로 유량을 1 L/min씩 증가 시키며 유속을 측정하였으며, 유동화 정도는 유동층 건조기에 설치되어 있는 압력계를 이용하여 차압을 실시간으로 확인하였다. 실험 결과 최소유동화속도는 3.9 cm/s로 그 이전까지 지속적으로 압력이 증가하다가 최소유동화속도이후 감소후 유지되는 것을 확인하였다. Subramani et al.
0 cm에서 두 가지 온도 조건으로 실험 하였다. 실험 결과는 본 논문의 실험 결과와 유사하였으며, 층높이가 낮을수록 건조속도가 빠르게 나타났다. 이는 수분의 양과 관계가 있는데, 석탄의 양이 증가함에 따라 수분의 양도 증가하기 때문에 층높이가 높아짐에 따라 건조속도도 감소한다.
건조 후 석탄의 물성변화를 확인하기 위하여 공업분석, 발열량분석을 실시하였으며 결론적으로 수분의 함량이 감소하였고 상대적으로 고정탄소와 휘발분 등이 증가하였으며 석탄의 발열량은 3,860 kcal/kg에서 5,510 kcal/kg으로 고품위화 되었음을 알 수 있었다. 위와 같은 결과를 보았을 때 스팀유동층을 이용한 고수분 저등급 석탄의 건조는 안정적인 석탄 건조방법임을 확인하였다. CCS 공정에서 발생하는 스팀을 석탄 건조에 이용 시 기존의 열풍을 이용한 건조보다 높은 건조율을 나타낼 것으로 판단된다.
석탄의 크기 등의 변수에서의 석탄건조에 대한 모델링을 하였다. 위의 논문에서 스팀의 유량 증가에 따른 석탄의 층온도 및 수분함량 그래프를 보면 유량이 증가할 때, 석탄의 층온도는 주입되는 스팀의 유량이 증가함에 따라 지속적으로 증가하였고, 수분함량 또한 스팀의 유량이 증가함에 따라서 감소하였다. 본 실험에서도 스팀의 유량이 증가함에 따라 열교환기를 지나는 스팀의 양이 많아지기에 시간당 석탄에 공급되는 열량이 증가하여 건조속도가 증가하였다.
[21]의 연구에서도 본 논문에서와 마찬가지로 유속이 증가함에 따라 압력이 서서히 증가하다 최소 유동화속도에서 압력이 가장 높은 값을 나타낸 후 약간 감소한 수치에서 유지되었다. 이론적인 결과와 실험 결과를 비교해 보면 각각 4.3 cm/s와 3.9 cm/s로 실제 측정된 최소유동화속도와 유사한 값을 나타내었다.
본 연구에서는 실험실 규모의 스팀유동층 건조 장치에서 스팀의 유량과 온도, 석탄의 층높이를 변수로 하여 저등급 고수분 석탄의 건조실험을 수행하였다. 최초 수분함량 25.87%의 저등급 고수분 석탄을 모든 변수 조건에서 수분함량 5%이하로 안정적으로 건조하였다. 스팀의 유량을 변수로 진행한 실험에서는 스팀의 유량이 증가함에 따라 건조속도가 증가하였다.
스팀의 온도 변수 또한 가장 높은 온도인 130 ℃에서 가장 빠른 건조속도를 나타내었고 온도가 낮아질수록 건조속도가 느려지는 경향을 보였다. 층높이 변수의 경우에는 9~25 cm의 조건으로 실험을 하였으며 층높이가 낮을수록 건조속도가 빨라짐을 알 수 있었다. 건조 후 석탄의 물성변화를 확인하기 위하여 공업분석, 발열량분석을 실시하였으며 결론적으로 수분의 함량이 감소하였고 상대적으로 고정탄소와 휘발분 등이 증가하였으며 석탄의 발열량은 3,860 kcal/kg에서 5,510 kcal/kg으로 고품위화 되었음을 알 수 있었다.

후속연구

본 연구에 사용된 스팀 유동층 건조 실험 자료를 사용하여 추후 CO₂와 스팀의 혼합가스를 사용하여 석탄 유동층 건조 실험을 수행할 계획이다.
1%를 차지하며 9번째로 많은 석탄소비국으로 일본, 중국에 이은 세계 3위의 석탄 수입국이다[1]. 앞으로도 아시아권에서의 석탄소비가 지속적으로 증가할 것으로 예상되어 저등급 석탄으로 분류되는 갈탄 및 아역청탄 등의 품질을 향상시키는 연구가 활발하게 진행 중이다. 저등급 석탄의 경우에는 석탄 매장량의 절반을 차지할 정도로 매장량이 풍부하고 매장 지역이 골고루 분포하고 있기 때문에 장기간 동안 안정적인 공급이 가능하며 가격도 고등급 석탄의 1/3수준이다[2].

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	저등급 석탄을 건조시키기 위한 방법은 무엇이 있는가?	따라서 건조된 석탄은 기존의 저등급 석탄에 비해 높은 보일러 연소 효율을 가지며, 운송비를 절감할 수 있고 발전소에서 연소 시에도 배출가스를 적게 배출하게 된다. 많은 연구자들이 저등급 석탄의 고품위화를 위한 연구를 활발히 진행하고 있으며, 저등급 석탄을 건조시키기 위한 방법으로는 회전하는 원통형 건조기를 이용하는 로터리 건조, 건조기 하부에서 고온의 가스를 주입하여 피 건조물을 유동화 시키는 유동층 건조, 미분상의 입자를 건조기 내부에서 열풍에 실어 보내 건조시키는 기류건조, 과열증기를 이용한 과열증기건조가 있으며 이외에도 로터리-튜브(rotary-tube), 챔버(chamber), 밀(mill) 타입 등이 있다[5]. 이에 대한 연구로 Lisboa et al.
	건조된 석탄의 장점은?	[4] 다음으로 수분 건조를 통한 저등급 석탄의 고품위화의 경우 저등급 석탄을 건조하게 되면 석탄 내의 수분이 감소하여 상대적으로 석탄의 무게 대비 높은 발열량을 가지게 된다. 따라서 건조된 석탄은 기존의 저등급 석탄에 비해 높은 보일러 연소 효율을 가지며, 운송비를 절감할 수 있고 발전소에서 연소 시에도 배출가스를 적게 배출하게 된다. 많은 연구자들이 저등급 석탄의 고품위화를 위한 연구를 활발히 진행하고 있으며, 저등급 석탄을 건조시키기 위한 방법으로는 회전하는 원통형 건조기를 이용하는 로터리 건조, 건조기 하부에서 고온의 가스를 주입하여 피 건조물을 유동화 시키는 유동층 건조, 미분상의 입자를 건조기 내부에서 열풍에 실어 보내 건조시키는 기류건조, 과열증기를 이용한 과열증기건조가 있으며 이외에도 로터리-튜브(rotary-tube), 챔버(chamber), 밀(mill) 타입 등이 있다[5].
	건조된 석탄에 대하여 장기간의 보관이나 수송을 위한 안정화 기술도 연구중인데 대표적으로 무엇이 있는가?	또한 건조된 석탄에 대하여 장기간의 보관이나 수송을 위한 안정화 기술도 연구중이다. 대표적인 안정화 기술로는 바이오 매스와 함께 혼합한 후 건조를 시켜 수분의 재흡착을 방지하는 기술[9]과 기화된 탄화수소를 건조된 석탄에 흡착 시켜 안정화 시키는 기술이 있다[10].

참고문헌 (25)

Volkan S. Ediger. Geopolitics of Coal and Global Environment. Pittsburgh Coal Conference 2010, pp. 185-217 (2010).
Kim, T. J., Kim, S. D., Lim, J. H., Rhee, Y. W., and Lee, S. H., "Characteristics of Coal Water Fuel by Various Drying Coals, Surfactants and Particle Size Distribution Using Low Rank Coal," Clean Technol., 19(4), 464-468 (2013).

원문보기 상세보기
Wang, D., Zhong, X., Gu, J., and Qi, X.. "Changes in Active Functional Groups during Low-temperature Oxidation of Coal," Mining Sci. Technol. (China), 20(1), 35-40 (2010)

상세보기
Hwang, S. H., Kim, S. K., Park, J. Y., Lee, D. K., Lee, S. H., and Rhee, Y. W., "Kinetic study on Low-rank Coal Including $K_2CO_3$ , $Na_2CO_3$ , $CaCO_3$ and Dolomite Gasification under $CO_2$ Atmosphere," Clean Technol., 20(1), 64-71 (2014).

원문보기 상세보기
Karthikeyan, M., Zhonghua, W., and Mujumdar, A. S. "Low-Rank Coal Drying Technologies-Current Status and New Developments," Dry. Technol., 27(3), 403-415 (2009).

상세보기
Lisboa, M. H., Vitorino, D. S., Delaiba, W. B., Finzer, J. R. D., and Barrozo, M. A. S. "A Study of Particle Motion in Rotary Dryer," Brazilian J. Chem. Eng., 24(3), 365-374 (2007).

상세보기
Levy, E. K., Caram, H. S., Yao, Z., Wei, Z., and Sarunac, N. "Kinetics of Coal Drying in Bubbling Fluidized Beds," In Proceedings Fifth World Congress on Particle Technology, pp. 1-6 (2006).
Kim, S. D., Lee, S. H., Rhim, Y. J, Choi, H. K., Lim, S. H., Chun, D. H., and Yoo, J. H. "Drying Characteristic of High Moisture Coal using a Flash Dryer," Korean Chem. Eng. Res., 50(1), 106-111 (2012).

원문보기 상세보기
Park, I. S., Chun, D. H., Jo, W. T., You, J. H., Lee, S. H., and Rhee, Y. W., "Stabilization Characteristics of Upgraded Coal Using Palm Oil Residues," Clean Technol., 19(4), 469-475 (2013).

원문보기 상세보기
Chun, D. H., Park, I. S., Cho, W. T., Jo, E. M., Kim, S. D., Choi, H. K., Yoo, J., Lim, J. H., Rhim, Y. J., and Lee, S. "The Stabilization Study of Low-rank Coal by Vapor Adsorption," Clean Technol., 19(1), 38-43 (2013).

원문보기 상세보기
Kinoshita, S., Yamamoto, S., Deguchi, T., and Shigehisa, T. "Demonstration of Upgraded Brown Coal (UBC) Process by 600 Tonnes/Day Plant," Kobelco Technol. Rev., 29, 93-8 (2010).
Mangena, S. J., De Korte, G. J., McCrindle, R. I., and Morgan, D. L. "The Amenability of some Witbank Bituminous Ultra Fine Coals to Binderless Briquetting," Fuel Process. Technol., 85(15), 1647-1662 (2004).

상세보기
Klutz, H. J., Moser, C., and Bargen, N. V. "The RWE Power WTA Process (Fluidized Bed Drying) as a Key for Higher Efficiency," Gornictwo i Geoinzynieria, 35, 147-153 (2011).
Yi, C. K. "Advances of Post-combustion Carbon Capture Technology by Dry Sorbent," Korean Chem. Eng. Res., 48(2), 140-146 (2010).
Soponronnarit, S., Prachayawarakorn, S., Rordprapat, W., Nathakaranakule, A., and Tia, W. "A Superheated-steam Fluidized-bed Dryer for Parboiled Rice: Testing of a Pilotscale and Mathematical Model Development," Dry. Technol., 24(11), 1457-1467 (2006).

상세보기
Pakowski, Z., and Adamski, R. "On Prediction of the Drying Rate in Superheated Steam Drying Process," Dry. Technol., 29(13), 1492-1498 (2011).

상세보기
Liu, Y., Aziz, M., Kansha, Y., and Tsutsumi, A. "A Novel Exergy Recuperative Drying Module and its Application for Energy-saving Drying with Superheated Steam," Chem. Eng. Sci., 100, 392-401 (2013).

상세보기
Tahmasebi, A., Yu, J., and Bhattacharya, S. "Chemical Structure Changes Accompanying Fluidized-bed Drying of Victorian Brown Coals in Superheated Steam, Nitrogen, and Hot Air," Energy Fuels, 27(1), 154-166 (2012).
Bongers, G. D., Jackson, W. R., and Woskoboenko, F. "Pressurised Steam Drying of Australian Low-rank Coals: Part 2. Shrinkage and Physical Properties of Steam Dried Coals, Preparation of Dried Coals with Very High Porosity," Fuel Process. Technol., 64(1), 13-23 (2000).

상세보기
Kunii, D., and Levenspiel, O., Fluidization Engineering, pp. 68-71 (1969).
Subramani, H. J., Balaiyya, M., and Miranda, L. R. "Minimum Fluidization Velocity at Elevated Temperatures for Geldart's Group-B Powders," Exp. Therm. Fluid Sci., 32(1), 166-173 (2007).

상세보기
Woo, M. W., Stokie, D., Choo, W. L., and Bhattacharya, S. "Master Curve Behavior in Superheated Steam Drying of Small Porous Particles," Appl. Therm. Eng., 52(2), 460-467 (2012).
Hoehne, O., Lechner, S., Schreiber, M., and Krautz, H. J. "Drying of Lignite in a Pressurized Steam Fluidized Bed- Theory and Experiments," Dry. Technol., 28(1), 5-19 (2009).

상세보기
Chen, Z., Agarwal, P. K., and Agnew, J. B. "Steam Drying of Coal. Part 2. Modeling the Operation of A Fluidized Bed Drying Unit," Fuel, 80(2), 209-223 (2001).

상세보기
Taechapairoj, C., Dhuchakallaya, I., Soponronnarit, S., Wetchacama, S., and Prachayawarakorn, S. "Superheated Steam Fluidised Bed Paddy Drying," J. Food Eng., 58(1), 67-73 (2003).

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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