에틸렌글리콜법을 활용한 국내 순환유동층보일러 석탄회의 Free CaO 평가 연구 Study on the Free CaO Analysis of Coal Ash in the Domestic Circulating Fluidized Bed Combustion using ethylene glycol method원문보기
에틸렌글리콜법을 활용하여 국내 순환유동층보일러형 발전소에서 발생되는 석탄회의 물리화학적 특성 및 Free CaO 평가를 수행하였다. 물리화학적 특성결과, 각 발전사마다 많은 CaO 함량 차이를 나타내었는데, 이는 황산화물 배출농도 규제 차이 및 보일러 제작사가 다른 발전소의 운전특성이 복합적으로 반영된 것으로 판단된다. Free CaO의 함량은, 비산재는 1.96 ~ 10.78 %, 바닥재는 0.07 ~ 4.24%로 비산재가 바닥재보다 높게 나타났으며, 원시료의 CaO 함량 이외에 입도 분포에 따라서도 크게 변화되는 것으로 확인되었다.
에틸렌글리콜법을 활용하여 국내 순환유동층보일러형 발전소에서 발생되는 석탄회의 물리화학적 특성 및 Free CaO 평가를 수행하였다. 물리화학적 특성결과, 각 발전사마다 많은 CaO 함량 차이를 나타내었는데, 이는 황산화물 배출농도 규제 차이 및 보일러 제작사가 다른 발전소의 운전특성이 복합적으로 반영된 것으로 판단된다. Free CaO의 함량은, 비산재는 1.96 ~ 10.78 %, 바닥재는 0.07 ~ 4.24%로 비산재가 바닥재보다 높게 나타났으며, 원시료의 CaO 함량 이외에 입도 분포에 따라서도 크게 변화되는 것으로 확인되었다.
This study was carried out to physicochemical properties and free CaO contents of coal ash in domestic circulating fludized bed combustion power plant using ethylene glycol method. Results of physicochemical properties, there are many differences in CaO contents for the region position in CFBC plant...
This study was carried out to physicochemical properties and free CaO contents of coal ash in domestic circulating fludized bed combustion power plant using ethylene glycol method. Results of physicochemical properties, there are many differences in CaO contents for the region position in CFBC plant. The reason, It is considered to be reflected that regulation of exhaust concentration for oxides of sulfur and other operation characteristics of region position in CFBC plant. Free CaO contents are 1.96 ~ 10.78% of fly ash and 0.07~4.24 % of bottom ash, fly ash is higher than in the bottom ash. besides CaO contents of raw materials, particle distribution have a lot of influence Free CaO contents.
This study was carried out to physicochemical properties and free CaO contents of coal ash in domestic circulating fludized bed combustion power plant using ethylene glycol method. Results of physicochemical properties, there are many differences in CaO contents for the region position in CFBC plant. The reason, It is considered to be reflected that regulation of exhaust concentration for oxides of sulfur and other operation characteristics of region position in CFBC plant. Free CaO contents are 1.96 ~ 10.78% of fly ash and 0.07~4.24 % of bottom ash, fly ash is higher than in the bottom ash. besides CaO contents of raw materials, particle distribution have a lot of influence Free CaO contents.
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문제 정의
그러나 CTO가 다량 함유된 CFIBF 석탄회의 Free CTO 함량 평가 연구는 이루어지지 않았다. 따라서 본 연구는 국내 CFIBF형 발전소에서 배출되는 석탄회의 활용가능성 확인을 위한 물리화학적 특성 및 에틸렌글리콜 법을 활용한 Free CTO 평가를 수행하여 발전사별 석탄화 특성을 비교 평가하였다.
제안 방법
국내 CFBC형 발전소에서 발생하는 석탄회의 물리화학적 특성평가 및 에틸렌글리콜법을 통한 Free CaO 평가를 통해 다음과 같은 결론을 도출하였다.
석탄회의 밀도(density)는 한국석회석신소재연구소에서 보유한 가스밀도측정기(Accupyc 1330, Pro-Tech, Korea)를 통해 3회 반복 수행 후 평균값을 도출하였으며, 주사전자현미경(SEM, S-4300, Hitachi, Japan)을 활용하여 석탄회 내 미세구조를 분석하였다. 시료의 화학성분은 325 mesh 이하로 미분쇄하여 건조 후 X선 형광분석기(XRF, Primus-2, Rigaku, Japan)를 이용하여 분석하였다.
대상 데이터
석탄화 시료는 국내 강원지역 (D-plant, S-plant)과 호남지역 (Y-plant)에 소재한 CFIBF형 발전소에서 발생한 비산재 (DF, SF, YF) 및 바닥재 (DB, SB, YB) 시료 6종을 채취하여 실험을 진행하였으며, 채취된 시료는 105 ℃에서 24 시간 건조하여 사용하였다.
데이터처리
여과된 용액은 브로모크레졸 지시약(Bromo cresol green solution, Duksan, Korea) 2~3 방울을 적가하여 청색상태로 제조하였다. 이 후 0.1 N HCl 표준용액을 0.01 mL 단위의 적정장치를 사용하여 첨가한 후 용해된 용액이 황색으로 변하는 지점을 종점으로 하였으며, 각 시료의 경우 실험의 재현성을 위해 5회 반복 평가 후 평균값을 도출하여 식 (1)과 같이 Free CaO 함량을 정량적으로 평가하였다(21-23).
성능/효과
1) 본 실험에서 사용한 석탄회의 화학조성 분석결과, 일부 CFBC 발전소에서 발생한 석탄회는 다량의 CaO 성분을 함유하고 있으며, 이는 CFBC 발전소 내 석탄 연소과정에서 발생하는 황을 제거하기 위해 투입한 석회 성분이 미반응 상태로 배출된 것으로 판단된다.
2) 에틸렌글리콜법을 통한 Free CaO 평가 결과, 비산재의 Free CaO 함량이 바닥재보다 높게 나타난 것을 확인하였다. 바닥재의 경우, 미립자일수록 Free CaO 함량이 높았는데 이는 발전소 운전 시 사이클론을 통해 입자가 날아가 내부에서 반응하지 못한 CaO의 영향으로 판단되며, 원시료의 CaO 함량 이외에 입자 크기도 Free CaO 함량에 많은 영향을 끼치는 것으로 확인되었다.
또한, 비산재의 입자크기는 큰 변화가 없었는데 이는 연소과정에서 큰 입자의 석탄이나 석회석이 열분해 과정에서 균열이 발생되고, 충격과 마모 등에 의하여 미세분말 상태로 전기 집진기에 포집되기 때문으로 판단된다(28). 바닥재 3종(d, e, f)의 미세구조는 모두 불규칙하고 거칠며 다양한 입자형태로 구성되어 있으며 기공은 발견되지 않음을 확인하였다.
Table 3은 에틸렌글리콜법을 이용하여 각 발전사별 석탄회의 CaO 및 Free CaO 함량을 비교한 것이다. 바닥재의 경우 원시료의 CaO 함량은 Y-plant (52.9%) > S-plant (32.6%) > D-plant (8.7%) 순으로 많았으며 Free CaO 함량도 CaO 함량에 비례하여 Y-plant (4.24%) > S-plant (0.90%) > D-plant (0.07%) 순으로 측정되는 것을 확인하였다. 비산재의 경우 원시료의 CaO 함량은 Y-plant (27.
석탄회의 밀도를 분석한 결과 D-plant의 비산재 및 바닥재는 약 2.4 g/cm3 로 일반적인 석탄회 밀도인 1.9 - 2.4 g/cm3 의 범위인 것으로 확인되었으나, S-plant 및 Y-plant의 비산재 및 바닥재는 약 3.0 - 3.1 g/cm3로 다소 높은 값을 나타내었다. Table 1은 석탄회의 XRF 결과를 나타낸 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
순환유동층보일러(circulating fluidized bed combustion, CFBC) 발전 기술의 장점은 무엇인가?
화력발전소에서 석탄을 이용하여 에너지를 생산하는 방식 중 순환유동층보일러(circulating fluidized bed combustion, CFBC) 발전 기술은 기존 연소로에는 적합하지 않는 고유황탄, 저품위탄, 폐기물 등 모든 가연성 물질에 대한 연료 사용이 가능하다. 또한, 연소로 온도를 900 ℃ 내외로 유지하여 질소산화물 생성을 억제할 수 있고 석회석으로 로내에서 탈황하는 장점 때문에 CFBC형 발전소가 점점 증가하는 추세에 있으며 해외에서도 약 600여기 이상 가동 중에 있다(3).
CFBC 방식의 로내탈황 공정은 로내에 무엇을 주입하여 황산화물을 제거하는가?
CFBC 방식의 로내탈황 공정은 로내에 석회석을 주입하여 연소가스에 포함된 황산화물을 제거하며, 일부 석회석이 탈황반응에 참여하지 못해 Free CaO 상태로 석탄회에 포함되어 배출된다. CaO 함량이 높을 경우 팽창성 반응 발생에 의해 물과 반응하면 스스로 붕괴되고 알칼리 화합물인 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 생성하게 되며, 생성된 수산화칼슘(Ca(OH)2)은 해수, 공기오염 등의 환경적 문제를 발생시키기 때문에 CFBC 석탄회의 물리적 성질 및 CaO 함량에 대한 정량적인 파악이 필요하다(4).
비산재(fly ash)와 바닥재(bottom ash)는 무엇인가?
1과 같이 배출 위치에 따라 크게 비산재(fly ash)와 바닥재(bottom ash)로 구분할 수 있다. 비산재는 석탄 화력발전소에서 석탄 연소 후 발생되는 발전소 부산물이며, 바닥재는 화력발전소 보일러 내에서 연소될 때 보일러 하부로 낙하되는 입자의 입경이 큰 회 성분을 말한다(2).
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