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IGCC 플랜트에 적용할 가스화기부의 모델링
Modeling of the gasifier section for IGCC plant 원문보기

한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집, 2007 Nov. 06, 2007년, pp.445 - 448  

박진후 (한국과학기술원 기계공학과) ,  김태현 (한국과학기술원 기계공학과) ,  고영건 (한국과학기술원 기계공학과) ,  최상민 (한국과학기술원 기계공학과)

초록
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석탄가스화 복합발전(IGCC)에서 석탄 가스화 기술이 전 공정의 성능에 큰 영향을 미치는 중요한 요소이다. 연료 및 산화제의 공급방식, 가스화기의 기본 구조, 벽면의 구성 방식, 용융 슬랙 및 생산되는 합성가스 배출 방식 등에 따라 가스화의 성능이 영향을 받는다. IGCC plant의 정확한 성능 해석을 위해서는 석탄가스화기 공정 모델의 정밀도를 높일 필요성이 있다. 기존의 열병합 발전 사이클 해석에서 적용되었던 열 및 물질정산과 평형계산 방식을 통하여 석탄가스화기 공정을 해석하는 방법을 확인, 정리하고 이를 개선하기 위한 절차 및 방안을 제시하고자 한다. 가스화기 내부 공정을 크게 탈휘발과 가스화의 단계로 구분하여 가스화기 출구조건을 예측하였으며, ASPEN PLUS를 이용한 공정해석을 실시하였다. 가스화기 출구에서의 합성가스는 주생성가스인 CO, $H_2$를 위주로 하여 조성을 얻을 수 있고, 그 결과들을 선행연구들과의 비교를 통하여 가스화기 모델의 분석을 실시한다. 그리고 가스화기 해석의 정밀도를 높이기 위한 향후 고려될 가스화기 모델에 관하여 논의한다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 가스화기 공정 모델 구축과 관련하여 연구 배경 및 연구 방향에 대해 살펴보았다. 가스화기 해석 방법과 관련하여 열물질정산 및 평형 계산을 이용한 방법을 비롯하여 다양한 수치해석 방법들이 존재한다.
  • 여기서는 가스화기에 대한 평형계산을 실시하여 출구조건을 예측해보고 평형계산과 관련한 유효성 및 한계점을 분석해본다. 그 후 평형계산에서 발전된 해석 방법에 대해 논의한다. 평형계산에 사용할 가스화기 타입 은 Shell 사의 dry-feed, oxygen-blown,entrained-flow gasifier로 선정하고 ASPEN PLUS코드를 이용하여 계산을 실시하였다.
  • 주지는 않는다. 따라서 최종적인 목표를 위해 가스화기 공정 해석에 대한 단계적인 접근을 시도하려고 한다. 시공간의 변화를 고려하지 않고 단순한 kiput 및 운전조건을 주면 output을 얻을 수 있는 평형계산에서 시작하여 가스화기를여러개의 작은 reactor 로 나누어 drying, devolatilization, gasification, combustion의 가스화 모델을 고려하는 1-D의 simple plug flow 모델이 있을 수 있다.
  • 과거부터 가스화기에 대한 다양한 수치해석 방법 및 결과들이 진행되어왔고, 현재에도 진행중이다. 연구에서는 열물질정산 및 열역학적 평형계산을 이용한 기존의 연구방법을 통하여 가스화기의 출구 조건을 예측해보고 가스화기 해석과 관련한 향후 연구 진행방향을 논의한다.
  • 선행 연구결과들을 참고로하여 가스화기 공정모델에 대한 연구 진행방향을 생각해보고 저차원의 평형계산부터 시작하여 어떠한 방법을 이용해서 단계별로 가스화기 공정 해석 모델을 발전시켜나갈 것인가라는 점이 연구의 핵심이다.
  • 제시되어 있다. 여기서는 가스화기에 대한 평형계산을 실시하여 출구조건을 예측해보고 평형계산과 관련한 유효성 및 한계점을 분석해본다. 그 후 평형계산에서 발전된 해석 방법에 대해 논의한다.
  • 여기서는 기존의 평형계산을 이용한 방법으로 가스 화기 출구 조건을 예측해보고 결과를 분석한 후, 가스화기 성능 해석에 대해 앞으로 어떠한 방향으로 나아가야 하는가에 대해 논의한다.
  • 가스화기 해석 방법과 관련하여 열물질정산 및 평형 계산을 이용한 방법을 비롯하여 다양한 수치해석 방법들이 존재한다. 여기서는 평형계산을 이용한 방법으로 가스화기 모델에 대한 접근을 통해 가스화기 성능 예측의 중요성에 대해 알아보았다. 저차원 평형계산부터 시작하여 단계별로 물리적 모델을 추가하는 방향으로 연구를 진행하여 가스 화기 공정 모델을 발전시키도록 한다.
  • 평형계산방법의 유효성을 알기 위해 기본조건에 대한 계산 및 Rsc에 변화를 주고 어떻게 출구 조건이 바뀌는가를 살펴본다. 가스화기는 압력 2.

가설 설정

  • ,ador Ochoa 등은 Eulerianmethod를 통하여 가스화기 수치해석에 관한 접근을 시도하였고, Qizhi Ni and Alan Williams는 Shell coal gasifier0!] 대하여 equilibrium, mass balance and energy balance# 이응한 non-linearprogramming을 통하여 가스화기 성능을 예즉하였다.Despina Vamvuka는 1-dimension, steady-state 의 축방향 plug flow 모델에서 coal particle내의 온도는 uniform하다는 가정 하에 가스화기 성능을예즉하였다.국내에서는 고등기술 연구원에서 IGCC 플랜트에 관한 연구를 진행하였는데 플랜트의 성능을 탄종과 터빈의 모델에 따라 예측하였고, 공정해석 코드를 이용한 가스화 플랜트에 대한 성능예측도 실시하였다.
  • 평형계산방법의 유효성을 알기 위해 기본조건에 대한 계산 및 Rsc에 변화를 주고 어떻게 출구 조건이 바뀌는가를 살펴본다. 가스화기는 압력 2.4MPa, 온도 1500C에서 작동한다고 가정하였다.
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