선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 논문에서는 500 MW급 석탄화력발전소를 대상으로 이산화탄소 배출량 산정방법 중 연료분석법 및 연속측정법의 특성을 알아보기 위해 동일기간 각 방법에 의해 배출량을 산정하였다. 연료분석법에서는 입하탄 시료 및 소비탄 시료를 사용하여 순발열량, 탄소, 회, 수분 함량 등을 분석하였고, 연속측정법에서는 연돌에서 이산화탄소 농도와 배기가스 유량을 실측하였다.
- 이와 관련하여 다양한 연구가 진행되고 있으나 이전에 발표된 논문들은 주로 온실가스 배출계수 개발에 대한 연구들로써[4][5][6], 실제 화력발전소에서 사용중인 이산화탄소 배출량 산정방법에 대해서는 구체적인 특성과 적정 활용 방안에 관한 연구가 미흡한 상황이다. 본 논문에서는 규정에서 제시하고 있는 이산화탄소 배출량 산정방법에 따라 500 MW급 석탄화력발전소를 대상으로 연료분석법과 연속측정법에 의해 정확한 이산화탄소 배출량을 산정하고, 각 산정방법에 따른 특성을 비교 분석하여 적정활용방안에 대해 논하고자 한다. 본 연구의 결과는 실제 가동중인 발전소에서 석탄 연료 채취 및 배출가스 분석을 수행하였기 때문에 동일 규모의 타 발전소에서 이산화탄소 배출량 산정방법에 대한 참고 자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
제안 방법
- 발열량은 실내 건조 후 60mesh 이하로 분쇄하여 자동열량 분석기로 분석하였다. 공업분석은 자동공업 분석기를 사용하였으며, 고유수분, 휘발분, 회분, 고정탄소를 분석하였다. 미연탄소분 분석을 위한 비산재(Fly ash)는 전기집진기 저장조에서, 바닥재(Bottom ash)는 바닥재 저장조 출구에서 시료를 채취하였으며 미연탄소 자동분석기로 회분의 탄소 성분을 분석하였다.
- 연료분석법에서는 입하탄 시료 및 소비탄 시료를 사용하여 순발열량, 탄소, 회, 수분 함량 등을 분석하였고, 연속측정법에서는 연돌에서 이산화탄소 농도와 배기가스 유량을 실측하였다. 두 방법의 결과와 국내외 제시된 배출계수로 산정한 배출량을 비교 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 공업분석은 자동공업 분석기를 사용하였으며, 고유수분, 휘발분, 회분, 고정탄소를 분석하였다. 미연탄소분 분석을 위한 비산재(Fly ash)는 전기집진기 저장조에서, 바닥재(Bottom ash)는 바닥재 저장조 출구에서 시료를 채취하였으며 미연탄소 자동분석기로 회분의 탄소 성분을 분석하였다. 석탄 소비량은 보일러 급탄기에서 실제 소모되는 석탄량을 측정하였다.
- 원소분석은 자동원소분석기을 이용하여 시료의 적정량을 1시간 이상 107±2℃에서 건조한 후 무수기준(dry basis)으로 탄소, 질소, 황, 수소 함량을 분석하였다. 발열량은 실내 건조 후 60mesh 이하로 분쇄하여 자동열량 분석기로 분석하였다. 공업분석은 자동공업 분석기를 사용하였으며, 고유수분, 휘발분, 회분, 고정탄소를 분석하였다.
- 미연탄소분 분석을 위한 비산재(Fly ash)는 전기집진기 저장조에서, 바닥재(Bottom ash)는 바닥재 저장조 출구에서 시료를 채취하였으며 미연탄소 자동분석기로 회분의 탄소 성분을 분석하였다. 석탄 소비량은 보일러 급탄기에서 실제 소모되는 석탄량을 측정하였다.
- 본 논문에서는 500 MW급 석탄화력발전소를 대상으로 이산화탄소 배출량 산정방법 중 연료분석법 및 연속측정법의 특성을 알아보기 위해 동일기간 각 방법에 의해 배출량을 산정하였다. 연료분석법에서는 입하탄 시료 및 소비탄 시료를 사용하여 순발열량, 탄소, 회, 수분 함량 등을 분석하였고, 연속측정법에서는 연돌에서 이산화탄소 농도와 배기가스 유량을 실측하였다. 두 방법의 결과와 국내외 제시된 배출계수로 산정한 배출량을 비교 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 연속측정을 통한 이산화탄소 배출량 산정을 위하여 연돌에서 이산화탄소 농도와 유량을 동일기간 측정하였다. 연돌은 총 높이 146m, 지름은 18m, 분석기 설치 위치는 지상에서 58m 높이로 배기 덕트의 내부 온도는 91℃, 내부 압력은 38 mmH2O, 속도는 18m/sec로 설계되었다.
- 원소분석은 자동원소분석기을 이용하여 시료의 적정량을 1시간 이상 107±2℃에서 건조한 후 무수기준(dry basis)으로 탄소, 질소, 황, 수소 함량을 분석하였다.
- 이번 연구에서는 연료분석법에 의한 이산화탄소 배출량 산정 특성과 시료의 위치에 따른 산정량을 확인하기 위해 31일간 입하탄과 소비탄을 각각 시료 채취하여 분석용 시료로 사용하였다. 입하탄과 소비탄은 각각 하역 컨베이어 밸브 전송타워(Transfer tower)와 분배장치 상부 컨베이터 밸브에 설치된 자동 시료채취 장비를 이용했으며 매 221톤당 1회, 1kg을 채취하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 2006년 12월 준공되어 운전중인 출력 500MW급 역청탄 전소 화력발전소인 태안화력 8호기를 대상으로 하였다. Fig.
- 시험 기간인 31일간 연료분석에 사용된 석탄 소비량은 총 154,510 ton으로 일평균 4,984 ton을 사용하였다. 탄소 함량은 인수식 기준으로 57.
- 연속측정을 통한 이산화탄소 배출량 산정을 위하여 연돌에서 이산화탄소 농도와 유량을 동일기간 측정하였다. 연돌은 총 높이 146m, 지름은 18m, 분석기 설치 위치는 지상에서 58m 높이로 배기 덕트의 내부 온도는 91℃, 내부 압력은 38 mmH2O, 속도는 18m/sec로 설계되었다.
- 이러한 이유에도 입하탄을 연료분석의 시료로 사용하는 이유는 입하탄은 하역 후 단일 탄종을 분석하는데 반하여 실제 연소에 사용되는 소비탄은 매 혼탄시 마다 3회/일 이상 분석해야 하므로 시료 채취인력, 분석 장비 등이 부족하기 때문이다. 이번 연구에서는 연료분석법에 의한 이산화탄소 배출량 산정 특성과 시료의 위치에 따른 산정량을 확인하기 위해 31일간 입하탄과 소비탄을 각각 시료 채취하여 분석용 시료로 사용하였다. 입하탄과 소비탄은 각각 하역 컨베이어 밸브 전송타워(Transfer tower)와 분배장치 상부 컨베이터 밸브에 설치된 자동 시료채취 장비를 이용했으며 매 221톤당 1회, 1kg을 채취하였다.
이론/모형
- 유량측정 분석기는 열식 온도계 방식(thermal mass flowmeter)으로 EPI사의 9601MP 모델을 사용하였다. 열식 온도계 방식 유량계는 두 개의 센서로 구성되어 하나의 센서는 유속 측정과 가열의 기능을 가지고 있고, 다른 하나는 유체의 온도를 측정한다.
- 이산화탄소 분석기는 비분산적외선 방식(nondispersive infrared method)으로 동일그린시스사의 DIGS-170 모델을 사용하였다. 비분산적외선 방식은 가스여과기에 적외선을 통과시켜 센서에서 흡수되어지는 주파수차를 이용하여 이산화탄소 농도를 측정하는 방법이다.
성능/효과
- 4에 나타내었다. 국내외 계수 중국제적 배출계수로 산정결과가 377,109 ton으로 가장 많았으며 국가배출계수로 산정한 결과는 360,066 ton으로 연료분석과 연속측정에 의한 산정량보다 많게 산정되는 특성을 확인하였다. 연료분석과 연속측정에 의해 산정한 배출량이 기존 배출계수를 사용하는 방법보다 낮게 나타났으며 그 중 연료분석에 의한 방법이 가장 낮게 산정됨을 확인하였다.
- 국제 배출계수의 순발열량은 6,162 kcal/kg, 국가 배출계수의 순발열량은 5,890 kcal/kg으로 두 계수 모두 고열량탄 기준으로 발열량이 제시된 것으로 보인다. 따라서 현 저열량탄 수급 상황에서는 연료분석에 의한 배출량 산정방법이 기존 배출계수를 활용하는 방법보다 배출량 산정에 유리할 것으로 보인다. 하지만 저열량탄 사용에 따른 보일러 튜브 누설 등의 설비 고장 빈도 증가와 전력예비율 상승으로 전기 공급의 여유가 확보됨에 따라 저열량탄 사용은 점차 감소할 것으로 예상되고 고열량탄을 연료로 사용한다면 연료분석에 의한 이산화탄소 배출량도 국내외 배출계수로 산정한 배출량에 근접할 것으로 판단된다.
- 80 tCO2/TJ으로 그 다음이었다. 순발열량은 연료분석이 22.16 MJ/kg으로 가장 낮았으며 국가 계수는 24.70 MJ/kg, 국가 계수는 25.80MJ/kg 순으로 나타났다. 순발열량을 열량단위인 kcal/kg로 환산하면 각각 5,292 kcal/kg, 5,890 kcal/kg, 6,162kcal/kg 이고, 산화계수는 연료분석이 0.
- 2는 연돌에서 측정한 유량을 나타내었다. 여기서 보면 유량은 30분 평균값으로 839,865 Sm3 였으나 최대 83,557 Sm3까지 약 10 % 정도의 편차가 발생하는 것을 확인하였다. 또한 표준편차 계산결과 22,091 로 평균값 대비 다소 높은 편차가 있음을 확인하였다.
- 연돌에서 31일 동안 이산화탄소 농도와 배기가스 유량을 측정한 결과, 이산화탄소 농도는 평균 13.90 %, 산소는 5.04 % 였으며, 배출가스 온도는 84.73 ℃로 측정되었다. 이산화탄소 배출량 산정결과는 일평균 11,006 ton, 전체 산정량은 341,178 ton으로 입하탄 연료분석에 의한 방법보다 많게 산정되는 특성을 확인하였다.
- 국내외 계수 중국제적 배출계수로 산정결과가 377,109 ton으로 가장 많았으며 국가배출계수로 산정한 결과는 360,066 ton으로 연료분석과 연속측정에 의한 산정량보다 많게 산정되는 특성을 확인하였다. 연료분석과 연속측정에 의해 산정한 배출량이 기존 배출계수를 사용하는 방법보다 낮게 나타났으며 그 중 연료분석에 의한 방법이 가장 낮게 산정됨을 확인하였다.
- 3는 연돌에서 측정한 이산화탄소 농도를 나타내었다. 이산화탄소 농도는 30분 평균값으로 13.90 % 였고, 순간적으로 18 %까지 상승한 1회를 제외하고는 편차는 1 % 미만으로 비교적 안정된 수치를 보였다. 연속측정에 의한 이산화탄소 배출량 산정방법은 초기 분석 장비만 설치하면 소모성 자재 교체비용 이외에는 운영상 큰 비용이 발생하지 않아 경제성 측면에서 매우 유리하다.
- 산정 방법에 따라 이산화탄소 배출량 차이 발생 원인을 분석하기 위해서 각 방법의 배출계수, 순발열량, 산화계수를 계산하여 Table 1에 나타내었다. 이산화탄소 배출계수는 연속측정에 의한 방법이 99,64 tCO2/TJ으로 가장 높았으며, 연료분석에 의한 방법이 96.80 tCO2/TJ으로 그 다음이었다. 순발열량은 연료분석이 22.
- 73 ℃로 측정되었다. 이산화탄소 배출량 산정결과는 일평균 11,006 ton, 전체 산정량은 341,178 ton으로 입하탄 연료분석에 의한 방법보다 많게 산정되는 특성을 확인하였다. 측정값을 분석하여 보면 비교적 안정된 값을 보이는 이산화탄소 농도에 비교하여 유량값은 편차가 다소 크게 발생함을 확인하였다.
- 81 % 적게 나타났으며, 순발열량은 소비탄이 133 kcal/kg 적게 나타났다. 일평균 이산화탄소 배출량은 입하탄이 10,608 ton, 소비탄이 10,401 ton 이었으며, 31일간 전체 배출량은 입하탄이 328,860 ton, 소비탄이 322,437 ton으로 산정되었다. 입하탄이 일평균 약 207 ton, 전체 산정량은 6,423 ton 배출량이 많게 산정되는 특성을 확인하였으며, 두 산정량의 편차는 약 1.
- 일평균 이산화탄소 배출량은 입하탄이 10,608 ton, 소비탄이 10,401 ton 이었으며, 31일간 전체 배출량은 입하탄이 328,860 ton, 소비탄이 322,437 ton으로 산정되었다. 입하탄이 일평균 약 207 ton, 전체 산정량은 6,423 ton 배출량이 많게 산정되는 특성을 확인하였으며, 두 산정량의 편차는 약 1.9 % 이다.
- 가열된 센서는 배기가스에 의해 열이 소모되기 때문에 이를 보상하기 위한 전류 요구량이 증가하며, 전류 요구량은 유속에 비례하여 증가함에 따라 이를 통한 유속을 측정하여 굴뚝의 단면적과의 곱으로 유량을 계산한다. 정밀도는 Span 값의 0.5%, 측정범위는 0.07m/sec~30m/sec이고 한국환경공단의 형식승인으로 성능을 인증받았다. 유량 편차를 감안하며 유량계를 2대 설치하고 평균값을 사용하였다.
- 이산화탄소 배출량 산정결과는 일평균 11,006 ton, 전체 산정량은 341,178 ton으로 입하탄 연료분석에 의한 방법보다 많게 산정되는 특성을 확인하였다. 측정값을 분석하여 보면 비교적 안정된 값을 보이는 이산화탄소 농도에 비교하여 유량값은 편차가 다소 크게 발생함을 확인하였다. Fig.
- 시험 기간인 31일간 연료분석에 사용된 석탄 소비량은 총 154,510 ton으로 일평균 4,984 ton을 사용하였다. 탄소 함량은 인수식 기준으로 57.52~58.52 %, 건식 기준으로 69.41~71.29 %로 소비탄이 다소 적게 나타났으며, 수소성분과 회 성분은 소비탄이 각각 0.03 %, 1.88 % 높게 나타났다, 총수분은 소비탄이 0.81 % 적게 나타났으며, 순발열량은 소비탄이 133 kcal/kg 적게 나타났다. 일평균 이산화탄소 배출량은 입하탄이 10,608 ton, 소비탄이 10,401 ton 이었으며, 31일간 전체 배출량은 입하탄이 328,860 ton, 소비탄이 322,437 ton으로 산정되었다.
후속연구
- 연속측정법은 연료분석법 대비 배출량이 다소 높게 산정되지만 국내외 배출계수를 사용한 산정량보다 낮으며, 안정된 농도에 비해 유량은 편차가 큰 특성이 있다. 따라서 석탄 탄종 변화로 연료분석법의 산정량이 증가할 경우, 유량 측정방법만 보완하여 활용한다면 배출량 산정 시 유리할 것이다.
- 운영 측면에서도 최소한의 유지보수 인력만으로 운영이 가능하여 일일 분석 인력이 다수 소요되는 연료분석법 대비 편리하다. 따라서 이 방법을 적극적으로 활용하기 위해서는 유량 측정 편차를 줄일 수 있는 분석 장비의 신뢰도 향상 및 측정 방법에 대한 보완이 필요할 것이다.
- 본 논문에서는 규정에서 제시하고 있는 이산화탄소 배출량 산정방법에 따라 500 MW급 석탄화력발전소를 대상으로 연료분석법과 연속측정법에 의해 정확한 이산화탄소 배출량을 산정하고, 각 산정방법에 따른 특성을 비교 분석하여 적정활용방안에 대해 논하고자 한다. 본 연구의 결과는 실제 가동중인 발전소에서 석탄 연료 채취 및 배출가스 분석을 수행하였기 때문에 동일 규모의 타 발전소에서 이산화탄소 배출량 산정방법에 대한 참고 자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
- 하지만 저열량탄 사용에 따른 보일러 튜브 누설 등의 설비 고장 빈도 증가와 전력예비율 상승으로 전기 공급의 여유가 확보됨에 따라 저열량탄 사용은 점차 감소할 것으로 예상되고 고열량탄을 연료로 사용한다면 연료분석에 의한 이산화탄소 배출량도 국내외 배출계수로 산정한 배출량에 근접할 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.