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다양한 바이오매스의 분쇄도 실험을 통한 미분탄 화력발전 적용가능성 연구
Applicability of Various Biomasses to Pulverized Coal Power Plants in Terms of their Grindability 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.23 no.1, 2017년, pp.73 - 79  

강별 (한국생산기술연구원 고온에너지시스템그룹) ,  이용운 (한국생산기술연구원 고온에너지시스템그룹) ,  류창국 (성균관대학교 기계공학부) ,  양원 (한국생산기술연구원 고온에너지시스템그룹)

초록
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기후 변화 대응을 위한 온실가스 감축 측면에서, 석탄화력발전소에서 바이오매스 사용량은 계속하여 증가되어 왔다. 파리 협정 이후 온실가스 감축 목표치가 더욱 구체화되면서 바이오매스 사용은 급격히 더 많아질 것으로 예상된다. 미분탄 석탄 화력발전에서 바이오매스 혼소시 가장 큰 문제점 중 하나는 바이오매스의 미분성이 석탄에 비해 훨씬 낮다는 것으로, 이를 해결하기 위해 가장 먼저 바이오매스의 미분성 측정 방법을 확립하는 작업이 필요하다. 석탄의 경우 HGI (hardgrove grindability index)측정 장치를 통해 분쇄도 측정이 가능하여 이를 표준으로 삼고 있지만, 바이오매스의 경우 표준 측정 방법이 확립되어있지 않다. 본 연구에서는 볼 밀과 입자 크기별 분포량을 이용한 석탄과 바이오매스의 분쇄 실험을 진행하였다. 실험에는 석탄 1종과 바이오매스 6종을 사용하였다. 분쇄시간에 따른 입자 분포량을 비교하고, $75{\mu}m$ 이하 입자 분포량으로 분쇄도를 평가하였다. 실험결과 반탄화 바이오매스 TBC (torrefied biomass chip)와 TWP (torrefied wood chip)는 발전용 사용적합 기준에 대해 대략적으로 70%의 값을 나타냈다. 다른 바이오매스들의 경우 반탄화 바이오매스와 비교했을 때 분쇄성이 훨씬 더 낮은 결과를 보였다. TBC와 TWP는 수분이 감소하고 섬유질 구조가 분해되는 반탄화 과정을 통해 분쇄가 향상되었다. 또한 분쇄도가 높은 반탄화 바이오매스가 소모전력이 낮게 측정되었다. 본 연구를 통해 바이오매스의 석탄화력발전 적용을 위한 표준화 작업의 기초 자료들을 확보할 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently usage of biomass is increased in pulverized coal power plants for reduction of $CO_2$ emission. Many problems arise when thermal share of the biomass is increased, and milling of the biomasses is one of the most important problems due to their low grindability when existing coal ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 석탄과 비교 가능한 바이오매스의 분쇄도 측정 방법 확립을 위한 기초연구와 다양한 바이오매스의 분쇄도 지수 구축, 분쇄도에 따른 바이오매스의 활용방안 제시를 목표로 한다. 먼저 바이오매스 분쇄도 측정을 석탄 분쇄도 측정 절차에 따라 수행하여 문제점들을 확인하였고, 이를 해결하기 위해 실험실 규모에서의 미분기를 사용, 다양한 바이오매스들에 대해 운전 인자들을 변화시켜가면서 입도 분포 특성 변화를 확인하였다.
  • 먼저 바이오매스 분쇄도 측정을 석탄 분쇄도 측정 절차에 따라 수행하여 문제점들을 확인하였고, 이를 해결하기 위해 실험실 규모에서의 미분기를 사용, 다양한 바이오매스들에 대해 운전 인자들을 변화시켜가면서 입도 분포 특성 변화를 확인하였다. 바이오매스 미분을 위한 미분기 소모 전력을 구하여, 미분 특성을 정량화하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 석탄과 비교 가능한 바이오매스들의 분쇄도 실험을 진행했으며, 다양한 바이오매스들의 분쇄특성과 기초 데이터들을 파악할 수 있었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
2015년 기준 국내 전력 생산의 40%를 차지하는 전력 생산 수단은 무엇인가? 석탄화력은 2015년 기준 국내 전력 생산의 40%를 차지하고 있는 가장 중요한 전력생산 수단이다[1]. 신재생에너지 의무할당제(renewable energy portfolio standard, RPS)가 2012년부터 시행됨에 따라, 많은 국내 석탄화력발전소에서 renewable energy certificate (REC) 획득을 위해 바이오매스를 석탄과 일부 혼합하여 사용하게 되었고, 신기후체제 출범으로 인한 이산화탄소 감축 목표 달성을 위해 석탄화력에서의 바이오매스 사용량은 더욱 증가할 것으로 예상된다.
바이오매스의 장점은 무엇인가? 신재생에너지 의무할당제(renewable energy portfolio standard, RPS)가 2012년부터 시행됨에 따라, 많은 국내 석탄화력발전소에서 renewable energy certificate (REC) 획득을 위해 바이오매스를 석탄과 일부 혼합하여 사용하게 되었고, 신기후체제 출범으로 인한 이산화탄소 감축 목표 달성을 위해 석탄화력에서의 바이오매스 사용량은 더욱 증가할 것으로 예상된다. 바이오매스는 탄소 중립성(carbon neutral) 에너지원으로서 1차 에너지원으로의 활용이 가능하기 때문에 온실가스 감축에 핵심적으로 기여할 수 있으며, 바이오매스 혼소는 적용을 위한 경제적, 기술적 위험성이 비교적 낮아 단중기적으로 이산화탄소, 황산화물, 질소산화물의 저감 효과가 나타날 수 있는 가장 효율적인 방법이다[2-3]. 그러나 기존 석탄 미분기에 바이오매스를 함께 사용하는 경우 바이오매스의 낮은 분쇄성으로 인하여 다양한 문제가 발생할 수 있다.
바이오매스의 낮은 분쇄성으로 인해 발생할 수 있는 문제는 무엇인가? 그러나 기존 석탄 미분기에 바이오매스를 함께 사용하는 경우 바이오매스의 낮은 분쇄성으로 인하여 다양한 문제가 발생할 수 있다. 일반적으로 25 ~ 50 mm 사이의 입자 크기에서 미분기 내에서 막힘 현상을 유발하고 차압을 높여 미분기의 원활한 운영을 방해하거나 바이오매스의 높은 휘발분으로 인한 화재 위험성이 높아지게 된다[4]. 또한 분쇄도 문제는 바이오매스 혼소율 증가에 큰 제약을 가져온다.
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참고문헌 (13)

  1. Statistics of electric power in Korea, Korea Electric Power Corporation, 85, (2015). 

  2. Baxter, L., "Biomass-coal Co-Combustion: Opportunity for Affordable Renewable Energy," Fuel, 84(10), 1295-1302 (2005). 

  3. Narayanan, K. V., and Natarajan, E., "Experimental Studies on Cofiring of Coal and Biomass Blends in India," Renewable Energy, 32(15), 2548-2558 (2007). 

  4. Tillman, D. A., "Biomass Cofiring: the Technology, the Experience, the Combustion Consequences," Biomass and Bioenergy, 16(6), 365-384 (2000). 

  5. The British Standards Institution. BS 1016-112: 1995 Methods for Analysis and Testhing of Coal and Coke, Determination of Hardgrove grindability index of hard coal, (1995). 

  6. Van Essendelft, D. T., Zhou, X., and Kang, B. J., "Grindability Determination of Torrefied Biomass Materials using the Hybrid Work Index," Fuel, 105, 103-111 (2013). 

  7. Ohliger, A., Forster, M., and Kneer, R., "Torrefaction of Beechwood: A Parametric Study Including Heat of Reaction and Grindability" Fuel, 104, 607-613 (2013). 

  8. Satpathy, S. K., Tabil, L. G., Meda, V., Naik, S. N., and Prasad, R., "Torrefaction of Wheat and Barley Straw after Microwave Heating," Fuel, 124, 269-278 (2014). 

  9. Bridgeman, T. G., Jones, J. M., Williams, A., and Waldron, D. J., "An Investigation of the Grindability of Two Torrefied Energy Crops," Fuel, 89(12), 3911-3918 (2010). 

  10. Ibrahim, R. H., Darvell, L. I., Jones, J. M., and Williams, A., "Physicochemical Characterisation of Torrefied Biomass," J. Anal. Appl. Pyrol., 103, 21-30 (2013). 

  11. Shang, L., Ahrenfeldt, J., Holm, J. K., Sanadi, A. R., Barsberg, S., Thomsen, T., and Henriksen, U. B., "Changes of Chemical and Mechanical Behavior of Torrefied Wheat Straw," Biomass and Bioenergy, 40, 63-70 (2012). 

  12. Williams, O., Eastwick, C., Kingman, S., Giddings, D., Lormor, S., and Lester, E., "Investigation into the Applicability of Bond Work Index (BWI) and Hardgrove Grindability Index (HGI) Tests for Several Biomasses Compared to Colombian La Loma coal," Fuel, 158, 379-387 (2015). 

  13. Helble, J. J., Srinivasachar, S., and Boni, A. A., "Factors Influencing the Transformation of Minerals During Pulverized Coal Combustion," Progr. Energy and Combustion Sci., 16(4), 267-279 (1990). 

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