[논문]발전소 비산재를 결합재로 활용한 로내탈황용 석회 흡수제의 탈황효율

서준형; 백철승; 조진상; 안지환; 윤도영; 조계홍

doi:10.7844/kirr.2018.27.3.58

발전소 비산재를 결합재로 활용한 로내탈황용 석회 흡수제의 탈황효율
Desulfurization Efficiency of Lime Absorbent in In-Furnace Desulfurization as Fly Ash Binder in Power Plant 원문보기

資源리싸이클링 = Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, v.27 no.3, 2018년, pp.58 - 65

서준형 (한국석회석신소재연구소 연구개발실) , 백철승 (한국석회석신소재연구소 연구개발실) , 조진상 (한국석회석신소재연구소 연구개발실) , 안지환 (한국지질자원연구원 탄소광물화사업단) , 윤도영 (광운대학교 화학공학과) , 조계홍 (한국석회석신소재연구소 연구개발실)

초록
AI-Helper

국내 순환유동층보일러형 발전소에서 발생하는 석탄재의 재활용을 위해 석회석 미분말과 CFBC 비산재를 이용하여 0.2~0.4 mm 크기를 가지는 석회계 흡수제를 제조하였다. 석회계 흡수제에 소석회를 소량 혼합한 결과 칼슘실리케이트 성분이 입자 표면에 형성되어 강도가 향상되었으며, 탈황특성을 비교한 결과 상업적으로 사용되고 있는 로내탈황용 석회석보다 약 10% 정도 높은 전환율을 가진 것으로 나타나 탈황 흡수제로 활용 가능함을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

For the recycling of coal ash from the domestic circulating fluidized bed boilers, a lime-based sorbent with 0.2~0.4 mm size was prepared by using limestone powder and CFBC fly ash. Mixing a small amount of slaked lime in the lime-based absorbent lead the formation of calcium silicate on the surface of the particle and the strength of absorbent particle was improved. As a result of comparing the desulfurization characteristics, it was found that the conversion rate was about 10% higher than that of commercially available limestone desulfurization used in the furnace, which is confirmed that it can be used as a desulfurization absorbent.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구에서는 On-site 환경에서 탈황용 석회석으로 활용되지 못하는 석회석 미분말과 CFBC 석탄재, 그리고 소량의 소석회를 첨가하여 로내 탈황용 석회 흡수제를 제조하였으며, 일반 탈황용 석회석 대비 성능을 비교 분석하여 탈황 흡수제 용도의 재활용 가능성을 검토하였다.

제안 방법

석회석 미분말을 로내탈황 공정에 활용함과 동시에 높은 성능을 확보하기 위해 무기첨가제를 이용하여 석회계 흡수제를 제조하였다. 흡수제 제조를 위한 실험 장치는 2 L 유리 반응기를 활용하였으며 석회석 400 g, CFBC 비산재 75 g, 소석회 25 g, 물 200 g을 투입하였다.
탈황용 석회석 제품과 제조된 석회계 흡수제의 성능을 비교, 검토하기 위해 Fig. 2와 같이 유동층보일러의 로내탈황 환경과 유사한 실험실 규모의 반응장치를 제작하였다. 반응장치는 크게 가스 공급장치, 기포 유동층 반응장치, 가스분석장치 등으로 구성되었으며, Fig.

대상 데이터

= 100 μm 이하의 미분말을 사용하였다. 비산재는 국내 강원지역에 소재한 CFBC형 발전소에서 발생한 시료를 사용하였으며, 소석회는 Sigma Aldrich (USA) 사에서 제조한 제품으로 Ca(OH)₂는 96%, CaCO₃는 3%이며, Cl, SO₄, Cu, Fe, Pb 성분 등이 1% 미만을 나타내었다.
025 ℓ/min로 고정시켜 실험을 수행하였으며 가스분석기(GSR-1000, Sensoronic, Korea)로 주입되는 SO2 농도가 일정해질 때까지 유지시켰다. 각 시료의 탈황 성능을 확인하기 위해, 초기 유량과 혼합가스의 농도를 측정한 후 운전 조건별로 탈황용 석회석과 석회계 흡수제 시료를 투입하였으며, 반응 후 배출되는 혼합가스의 농도를 가스분석기로 자동 계측하였다.
석회석은 국내에서 상업적으로 채광이 이루어지고 있는 동해-삼척지역(DH) 및 제천-단양지역(DF, DD)에서 채광되는 석회석 3종으로, 파분쇄 후 탈황용 석회석으로 사용되지 못하는 d₉₀ = 100 μm 이하의 미분말을 사용하였다. 비산재는 국내 강원지역에 소재한 CFBC형 발전소에서 발생한 시료를 사용하였으며, 소석회는 Sigma Aldrich (USA) 사에서 제조한 제품으로 Ca(OH)₂는 96%, CaCO₃는 3%이며, Cl, SO₄, Cu, Fe, Pb 성분 등이 1% 미만을 나타내었다.

성능/효과

1) 시료의 물리화학적 분석결과 석회석의 경우 로내탈황용 품질에 충족한 것을 확인할 수 있었으며, CFBC 비산재의 경우 탈황 공정 이후 석회성분이 비산재 내에 다량으로 잔재하여 CaO 함량이 높고 상대적으로 SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ 함량은 낮은 것으로 확인되었다.
2) 기포형 유동층 반응기를 활용하여 반응시간에 따른 시료의 SO₂ 전환율을 나타낸 결과 초기 전환율은 모두 90% 이상으로 높게 나타났으나 30분 후 전환율은 석회계 흡수제가 탈황용 석회석보다 약 20% 정도 높게 나타났다.
3) Rietveld 법을 이용한 정량분석 결과, 탈황 반응 후 CaCO₃ 및 CaO에서 CaSO₄로의 생성 전환율은 본연구에서 제조한 석회계 흡수제가 기존 탈황용 석회석보다 약 10% 높게 나타나, 로내 탈황용 흡수제로 활용 가능함을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	석회석 미분말의 재활용 기술이 필수적인 이유는?	순환유동층보일러의 로내탈황 공정은 탈황제를 연소공기와 함께 투입하는 방식으로 850~950oC 내외의 고온 환경에서 우수한 탈황성능을 제공하는 석회석을 주로 사용한다. 현재 국내 순환유동층 석탄화력발전소에서 사용되는 석회석의 입자크기는 0.1~1.0 mm 내외이며, 분쇄 후 20% 이상 발생되는 0.1 mm 이하의 석회석 미분말은 매립 및 폐기되고 있다2). 따라서 최근 자원, 에너지 절약 및 경제적 기대효과 등을 고려할 때 석회석 미분말의 재활용 기술은 필수적이다.
	순환유동층보일러의 탈황은?	순환유동층보일러(Circulating Fluidized Bed Combustion, 이하 CFBC)에서의 탈황은 연소가 진행되는 동안 석회석과 석탄을 적당한 비율로 집진기에 주입시켜 연료 중 황 성분을 제거하는 건식탈황 설비로, 기존 미분탄연소보일러(Pulverized Coal Fired Boiler, 이하 PC)와 달리 연소단계에서 질소산화물 및 황산화물 등의 오염물질 배출을 크게 줄일 수 있는 기술이다1). 순환유동층보일러의 로내탈황 공정은 탈황제를 연소공기와 함께 투입하는 방식으로 850~950oC 내외의 고온 환경에서 우수한 탈황성능을 제공하는 석회석을 주로 사용한다.
	미분탄연소보일러와 순환유동층보일러의 탈황의 다른점은?	순환유동층보일러(Circulating Fluidized Bed Combustion, 이하 CFBC)에서의 탈황은 연소가 진행되는 동안 석회석과 석탄을 적당한 비율로 집진기에 주입시켜 연료 중 황 성분을 제거하는 건식탈황 설비로, 기존 미분탄연소보일러(Pulverized Coal Fired Boiler, 이하 PC)와 달리 연소단계에서 질소산화물 및 황산화물 등의 오염물질 배출을 크게 줄일 수 있는 기술이다1). 순환유동층보일러의 로내탈황 공정은 탈황제를 연소공기와 함께 투입하는 방식으로 850~950oC 내외의 고온 환경에서 우수한 탈황성능을 제공하는 석회석을 주로 사용한다.

참고문헌 (20)

Baek, C. S., et al., 2015 : A Review of Desulfurization Technology using Limestone in Circulating Fluidized Bed Boiler Type Power Plant, Journal of Korean Institute of Resources Recycling, 24(5), pp.3-14.
Jung, J. D. and Kim, J. W., 2014 : A Study of Desulfurization Characteristics of Circulating Fluidized Bed Combustion for Domestic Anthracite, Korean Society for Atmospheric Environment, 20(4), pp.429-436.
Sheng, G., Li, Q., and Zhai, J., 2012 : Investigation on the hydration of CFBC fly ash, Fuel, 98, pp.61-66.

상세보기
Jang, J. G., Ji, S. W., and Ahn, J. H., 2017 : Utilization of Circulating Fluidized Bed Combustion Ash and Related Specifications for Mine Backfills, Journal of Korean Institute of Resources Recycling, 26(2), pp.71-79.

원문보기 상세보기
Li, X. G., et al., 2012 : Utilization of modified CFBC desulfurization ash as an admixture in blended cements : Physico-mechanical and hydration characteristics, Fuel, 102, pp.674-680.

상세보기
Nguyen, T. D., Chang, T. P., and Chen, C. T., 2014 : Circulating Fluidized Bed Combustion Fly-Ash-Activated Slag Concrete as Novel Construction Material, ACI Materials Journal, 111, pp.1-6.
Cho, Y. K., et al., 2018 : A Basic Study on the Development of Backfill Material with Fly Ash and Bottom Ash of Circulating Fluid Bed Combustion, Journal of the Korea Institute of Building Construction, 18(1), pp.25-31.
Shon, C. S., et al., 2010 : Potential use of stockpiled circulating fluidized bed combustion ashes in controlled low strength material (CLSM) mixture, Construction and Building Materials, 24(5), pp.839-847.

상세보기
Siriwardane, H. J., Kannan, R. S., and Ziemkiewicz, P. F., 2003 : Use of waste materials for control of acid mine drainage and subsidence, Journal of Environmental Engineering, 129(10), pp.910-915.

상세보기
Woo, Y. I., 2015 : Characteristics and Evaluation of circulating fluidized bed boiler ash, MA Thesis, Kunsan University, Korea.
Jozewicz, W., et al., 1988 : Development and Pilot Plant Evaluation of Silica-Enhanced Lime Sorbents for Dry Flue Gas Desulfurization, Journal of the Air Pollution Control Association, 38(6), pp.796-805.
Kim, S. S., 1998 : Investigation of the Effects of Process Variables on the Performance of a Duct Injection FGD Process by Statistical Experimental Design, Journal of Korea Solid Wastes Engineering Society, 15(4), pp.309-323.
Cullity, B. D., 1978 : Elements of X-ray diffraction, Addison Wesley, Massachusetts, pp.397-419.
Korean Agency for Technology and Standards, 2016 : Fly Ash (KS L 5405), Korea, www.kats.go.kr
Seo, J. H., et al., 2017 : Study on the Free CaO analysis of coal ash in the domestic circulating fluidized bed combustion using ethylene glycol method, 26(1), pp.1-8. J. of KSEE, pp.810-819.
Park, J. S., et al., 2013 : The Study on the Early Characteristics of Fly Ash Cement using Calcium Sulfo Aluminate, Journal of Korea Society of Waste Management, 30(8), pp.906-914.

상세보기
Park, S. S., Kang, H. Y., and Han, K. S., 2007 : Development of Fly Ash/slag Cement Using Alkaliactivated Reaction(2) - Reaction products and microstructure -, Journal of Korean Society of Environmental Engineers, 29(7), pp.810-819.
Lee, G. G., et al., 2018 : Phosphorous recovery from sewage sludge using calcium silicate hydrates, Chemosphere, 193, pp.1087-1093.0

상세보기
Li, H., et al., 2017 : Crystallization of calcium silicate hydrates on the surface of nanomaterials, Journal of the American Ceramic Society, 100, pp.3227-3238.

상세보기
Rietveld, H. M., 1969 : A Profile Refinement Method for Nuclear and Magnetic Structures, Journal of Applied Crystallography, 22, pp.65-71.

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