초록 ▼

. 제 목 순환유동층 연소 및 배연조절기술개발 . 기술개발목적 및 중요성 산업용 순환유동층 보일러가 PC 기술이 적용될 수 없는 중소형 보일러 시장에서 기술, 경 제성, 환경면에서 타 보일러에 비해 절대 우위에 있음은 주지의 사실이다. 현재 순환유동층 연소기술은 석탄 보일러를 주축으로 산업용으로는 상압용만 보급되어 있고 가압용은 아직 개 발중이다. 본 기술의 특징은 연료의 전처리가 PC에 비해 극히 간단하며, 연료의 활용폭이 넓고, 로내탈황 및 질소산화물 생성의 억제가 가능하여 배연에 의한 환경오염를 간단히 제어 할 수 있어

. 제 목 순환유동층 연소 및 배연조절기술개발 . 기술개발목적 및 중요성 산업용 순환유동층 보일러가 PC 기술이 적용될 수 없는 중소형 보일러 시장에서 기술, 경 제성, 환경면에서 타 보일러에 비해 절대 우위에 있음은 주지의 사실이다. 현재 순환유동층 연소기술은 석탄 보일러를 주축으로 산업용으로는 상압용만 보급되어 있고 가압용은 아직 개 발중이다. 본 기술의 특징은 연료의 전처리가 PC에 비해 극히 간단하며, 연료의 활용폭이 넓고, 로내탈황 및 질소산화물 생성의 억제가 가능하여 배연에 의한 환경오염를 간단히 제어 할 수 있어 경제적이다. 특히 설비를 모듈식으로 간단히 제작할 수 있으며, 연료비가 싸고 연소 및 보일러 효율이 높아 경제적인 utility 설비로 인정되고 있다. 따라서 세계적으로 고 유가 및 유류에너지 수급 균형이 불안해 짐에 따라 보급이 꾸준히 확대되는 중이다. 국내에는 현재 석탄연료의 경제성에도 불구하고 산업용 보일러의 배연에 관한 강력한 규제 가 추진되고 있고 향후에도 지속적으로 규제수준이 높아질 전망이어서 이에 대비한 연구가 절실하다. 이러한 배경에는 현재까지 배연저감을 목표로 수행되어온 연구가 부족하다는 이유 가 크다. 현재 진행중인 본 과제는 기존의 운전 및 배연제어 기술을 분석하여 기존 제어기술 이 가능한 범위를 파악하고 배연기술의 효율을 개선시키기 위한 연구를 그 개요로 하고 있다. 궁극적으로 현재 연간 200억불 이상을 소비하는 국내 에너지 수입사정을 감안할 때 저렴한 연료로의 전환은 필수적이며, 또한 에너지 수급의 안정성을 확보하는 길이 된다. 현재 국내 에서 사용되는 산업용 석탄은 거의 전부 수입탄이다. 현재까지는 석탄의 산지가격보다 국내 로의 운송비가 비싼 실정이며, 수입되는 석탄의 대부분은 황함량 0.5% 미만의 저유황탄이다. 그러나 향후 에너지비 상승 및 자국 자원에 대한 보전정책이 나타날 경우 황함량이 높은 석 탄 수입도 고려해야 하며, 이에 대한 기술적 대비가 필요하다. . 기술개발내용 및 범위 본 연구는 순환유동층 연소 및 배연조절 기술을 개발하기 위하여 수행되었다. 연구의 방법 은 0.1MWth 순환유동층 연소장치와 새로이 제작된 1KW quartz CFBC micro reactor에서 개 발된 기술을 정량화 및 일반화하며 상용장치와 비교를 통해 기술의 실용화를 추구하는 것이 다. 특히 SOx와 NOx의 발생 기작을 연구하기 위하여 금속 반응기에서 나타날 수 있는 촉 매효과를 피하기 위하여 1KW quartz CFBC은 배연조절 장치를 구성하고 본 반응기에서 정 밀한 제어를 통해 실험을 수행하였다. 1kW CFB reactor에서는 또한 SOx와 NOx 발생에 영 향을 미치는 CO와 CaO의 영향을 연구하고 병행하여 배연조절 기술을 연구하였다. 별도로 실험실 규모 batch 시험장치를 구성하여 N2O 분해에 영향을 미치는 CaO의 역할을 연구하였 다. 1차년도에는 연소 및 SOx, NOx 발생특성연구를 수행하였다. 탄종별 연소특성을 연구 고 찰 하였고, CaO와 Char가 연소에 미치는 영향을 분석하였다. 2차년도에는 배연발생 구조를 탄종별로 해석하였고, 탈황효과를 개선하기 위한 연구로 탈황 제 종류 및 입도별 이용률을 비교하였다. 3차년도에는 SOx 및 NOx의 제어 연구를 수행하였다. SOx 120ppm, NOx 250ppm까지 제 어를 목표로 동시제거를 위한 가능한 기술을 고찰하였다. . 기술개발결과 및 활용에 대한 건의 0.1MWth 연소로에서 탄종과 석회석의 산지별로 연소특성과 배연 특성을 시험하였으며, 연 소로 설계와 운전에 관한 기본자료를 확보하였다. 대상탄은 산업용 보일러에서 사용중인 Blair Athol, Ulan, Shenhwa, petroleum coke, 강원산 국내무연탄을 사용하였고, 비교자료로 중국 Herbei 고유황탄을 사용하였다. 석회석으로는 역시 유동층 연소로에서 탈황제로 사용중 인 국내 단양, 진산, 포항, 삼척산 석회석을 사용하였다. 석회석의 이용율에 관해서는 1kW quartz 순환유동층 시??로 SO2, NOx, N2O 제어 연구를 수행하고 결과를 분석하였다. N2O에 관하여는 batch 반응기를 제작하여 CaO의 영향으로 N2O가 분해되는 특성을 시험하 고 반응속도식을 연구하였다. 1KW CFB에서 주어진 반응조건에서 반응기모델을 구성하고 다시 산업용 보일러의 탈황반 응에 적용하였다. 본 연구와 관련하여 출원된 산업재산권은 아래와 같다. 출원번호 명칭 발명자 출원일자 98- 58538 벽두계가 있는 고온연소로의 투시창장치 진경태,이창근,선도원,박재현,한 근희,배달희,조성호 98.12.24 98- 58539 비기계적밸브를 사용한 고온건식탈황을 위한 유동층황화,재생반응기사이의 고체순환법과 그장치 진경태,이창근,선도원,박재현,한 근희,배달희,조성호 98.12.24 98- 58540 고온에서의 고체포집용 싸이클론 필터 진경태,이창근,선도원,박재현,한 근희,배달희,조성호 98.12.24 10-2000-00641 17 소형 고온고압 반응기에 설치된 고체연료 공급장치용 보조장이 및 이를 이용한 고체연료 공급방법 진경태,이창근,선도원,박재현,한근 희,배달희,조성호, 류호정 2000.10.31 10-2000-00683 32 파이프 이음에서 플랜지 단열방법과 플랜지 단열재 진경태,이창근,선도원,박재현,한근 희,배달희,조성호, 류호정 2000.11.17 . 기대효과 현재 거의 독과점으로 공급되는 순환유동층 보일러 기술에 대해 기술의 평가, 설비의 부분 적 지원, 시공 및 운전단계의 기술제공을 국산화하게 된다. 또한 1999년 이후 강화된 환경기 준에 의한 배연의 제어, 보일러 향상을 위한 hardware 및 software 상의 기술지원이 가능해 진다. 특히 운전과 관련된 배연조절 기법 및 자료를 확보하여 국내 보일러 사용자 및 신규설 비 도입자에 시간 및 경비를 단축할 수 있게 한다. 운전 기술의 향상은 바로 보일러 수명과 가동일수를 연장하게 한다. 보일러 가동일수 증가 에 따른 경제성은 보일러를 1일 가동중지하고 bunker- C 보일러로 대체할 때 스팀1톤 당 124- 128천원의 부가 경비가 발생한다. 기술개발의 결과는 직접적으로 산업계의 에너지비 저감에 따른 생산성 향상으로 나타난다. 배연저감은 무고장 운전일수를 증가시켜 단기적 보일러 효율 증대의 효과가 발생한다. 장기 적으로는 운전특성의 이해를 통해 설계개선, 재료보완 등을 통해 운전과 관리가 편리한 경제 적 보일러를 설계 운전 할 수 있다. - 배연제어(SOx, NOx, 분진) - 보일러의 운전성능 향상 - 보일러 운전 및 설계기술 개선 개발기술은 순환유동층 설계 및 운전을 위한 요소 자료로 반영될 수 있다. 개발기술은 단 기적으로 보일러 성능 향상, 배연저감 등으로 인한 보일러 운전일수 및 효율 증대로 나타나 경제성 향상을 이루어낸다. 장기적으로 탄종 변화에 따른 순환유동층 보일러의 설계 및 운전 기술을 보유하게되어 자체설계 및 도입 보일러의 평가에 적용된다. 이러한 기술의 진보는 결 국 경제적이고 효율적인 순환유동층 석탄연소 보일러의 보급을 촉진하는 역할을 하게된다. 이는 기업체의 에너지비 절감에 따른 가격경쟁력 향상의 실질적인 효과를 가져오게 된다. 결 과적으로 본 기술의 성공은 보일러 국산화에 따른 외화절감, 독자적 운전기술 개발에 따른 시 간적 경제적 수익을 기대할 수 있게 한다.

목차 Contents

• 제 1 장 서 론...13
• 제 1 절 연구의 배경...13
• 제 2 절 연구의 내용...17
• 제 2 장 기술적 배경...19
• 제 1 절 황산화물 생성 및 탈황 반응...19
• 제 2 절 질소산화물 생성 및 제어기술...21
• 제 3 장 석탄의 기초연구...25
• 제 1 절 석탄의 물성 연구...25
• 제 2 절 석회석 물성연구...30
• 제 4 장 Calcium Oxide를 이용한 N2O 분해특성...38
• 제 1 절 서 론...38
• 제 2 절 실험내용...38
• 제 2 절 실험장치 및 방법...40
• 제 3 절 실험결과 및 고찰...43
• 1. CaO의 물성...43
• 2. 온도 영향...44
• 3. CO2에 의한 영향...44
• 4. CO에 의한 영향...46
• 5. 반응속도식...46
• 제 4 절 결론...48
• 제 5 장 Micro- CFB 배연연구...49
• 제 1 절 서 론...38
• 제 2 절 실험장치 및 방법...40
• 제 3 절 실험결과 및 고찰...43
• 1. 연소로 거동...55
• 2. 질소산화물...59
• 3. 황산화물 발생...69
• 4. Batch식 탈황특성...75
• 5. 석회석 연속 공급에 따른 탈황특성...85
• 6. 탈황반응 반응기 모델...87
• 제 4 절 결 론...48
• 제 6 장 Bench CFB에서의 연소연구...92
• 제 1 절 서 론...38
• 제 2 절 실험 장치와 방법...92
• 제 3 절 실험 결과 및 고찰...43
• 1. 연소로 특성...102
• 2. 질소산화물 발생특성...121
• 3. 이산화황 발생특성...129
• 4. 탈황특성...131
• 5. 상용보일러 적용...135
• 제 4 절 결 론...48
• 제 7 장 결 론...140
• 제 1 절 본 연구의 결론...140
• 1. 연구의 내용...140
• 2. 연구의 결과...140
• 제 2 절 향후 기술개발 전망...141
• 1. 순환유동층 해외기술개발 동향...141
• 2. 유동층 주요기술 국내현황...143
• 3. 기술개발 필요부분...145
• 4. 시범플랜트 활용 부분(기술개발확보차원)...148
• 참고문헌...151