초록 ▼

본 과제는 석탄 화력발전에서 배출되는 $CO_{2}$의 회수를 위한 미분탄의 순산소 연소기술에 관한 연구이다. 기후변화협약에 대응하기 위한 국내 석탄화력발전의 대안 기술 개발을 최종목표로 하고 있으며, 미분탄의 공기연소 대비 순산소 연소의 주된 특징을 도출하고 이를 데이터베이스화하여, 화력발전의 핵심 요소기기인 순산소 연소기의 개발과 순산소 보일러 시스템의 설계 기준을 마련하는데 있어서 핵심적인 데이터를 확보하는데 그 목적이 있다. 1차년도(2008.4~2009.3) : 미분탄 순산소 연소 특성 기초 자료 확보<

본 과제는 석탄 화력발전에서 배출되는 $CO_{2}$의 회수를 위한 미분탄의 순산소 연소기술에 관한 연구이다. 기후변화협약에 대응하기 위한 국내 석탄화력발전의 대안 기술 개발을 최종목표로 하고 있으며, 미분탄의 공기연소 대비 순산소 연소의 주된 특징을 도출하고 이를 데이터베이스화하여, 화력발전의 핵심 요소기기인 순산소 연소기의 개발과 순산소 보일러 시스템의 설계 기준을 마련하는데 있어서 핵심적인 데이터를 확보하는데 그 목적이 있다. 1차년도(2008.4~2009.3) : 미분탄 순산소 연소 특성 기초 자료 확보
- 미분탄 순산소 반응특성 분석 및 미분탄-$O_{2}$/$CO_{2}$ 연소실험
- 배가스 재순환 연소 동특성 및 미분탄 순산소 연소해석 tool 개발 2차년도(2009.4~2010.3) : 미분탄 순산소 연소 특성 DB 구축 및 연소기 설계 기반기술 확보
- 미분탄 순산소 연소 특성 DB 구축 및 연소기 개념설계
- CFD 해석 tool 검증, 연소기 설계, 복수 연소기 보일러 기초 해석 3차년도(2010.4~2011.3) : 미분탄 순산소 보일러 설계 및 미분탄 순산소 연소기 최적화
- 0.3MW급 배가스 재순환 미분탄 순산소 연소 보일러 설계 및 운전실험 4차년도(2011.4~2012.3) : 보일러 전열실험 및 공기 겸용 미분탄-순산소/FGR 연소기 개발
- 탄종에 따른 공기연소 대비 로온 및 전열 상사성 유지 연소(제어)조건 도출
- $CO_{2}$ 재순환형 저 NOx 미분탄 순산소 연소기 개발

Abstract ▼

During 4 years, this research was conducted by setting up the goal of technology development in each year.
For the first year, the research was concentrated on the finding and analysing of reaction characteristics of pulverized coal in $O_{2}$/$CO_{2}$ environment.
Thermo

During 4 years, this research was conducted by setting up the goal of technology development in each year.
For the first year, the research was concentrated on the finding and analysing of reaction characteristics of pulverized coal in $O_{2}$/$CO_{2}$ environment.
Thermogravimetric analyses and experiments using a drop tube furnace were conducted in various environmental conditions($O_{2}$/$CO_{2}$ concentraion, temperature) and the results were compared with air combustion case. Based on these, 0.1MW-class oxy-pc/FGR combustion facility was constructed and preliminary experiments were done to understand real combustion processes.
For the second year, to obtain more practical data applicable to a real combustor design, series experiments using before-constructed combustion facility were conducted in various experimental variables. The distribution of in-furnace temperature and radiative heat flux, exhaust gas emission, char burnout, etc. were measured and database were established on the effects of coal type, $O_{2}$/$CO_{2}$ concentration, combustion power, oxidizer injection method, etc.
For the third year, to gain realistic experiences on oxy-coal combustion with flue gas recirculation, scale-up of model burner was made and simulated boiler system was designed and constructed. Combustion tests with high $CO_{2}$ concentration flue gas recirculation was carried out and some technical concept for the improvement of burner system was deduced.
For the final year, more works were concentrated on the finding of operational conditions which can give a good matching between In-furnace temperature and heat exchange property simultaneously. New concept of oxy-coal burner for $CO_{2}$ capture is proposed and a primitive operational guide line for the burner was proposed.
In parallel with these experimental works, a study was done on the computational thermo-fluid dynamic model development applicable to oxy-pc combustion. This will be a design tool in optimizing oxy-pc combustor and will be used finally in boiler design.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 보고서 요약서 ... 5
• 요약문 ... 7
• SUMMARY ... 10
• CONTENTS ... 13
• 목차 ... 15
• 그림목차 ... 17
• 표 목차 ... 23
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 25
• 제 1 절 순산소 연소 기술과 이산화탄소 회수 ... 25
• 1. 기후 변화와 이산화탄소 회수 기술 ... 25
• 2. 순산소 연소 기술 ... 28
• 제 2 절 미분탄 순산소 연소 화력 발전 기술 ... 30
• 제 3 절 연구 목적 및 필요성 ... 34
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 36
• 제 1 절 국외 기술개발 현황 ... 36
• 제 2 절 국내 기술개발 현황 ... 38
• 제 3 장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 39
• 제 1 절 미분탄의 순산소 반응 특성 분석 ... 39
• 1. 미분탄의 탈휘발 및 char 연소 ... 39
• 2. 미분탄의 순산소 연소 반응 분석 ... 43
• 3. 환원 분위기 미분탄의 반응과 NOx 저감 ... 46
• 제 2 절 0.1MW 미분탄 순산소 연소 실험 ... 49
• 1. 미분탄 순산소 시험 연소기 및 실험 설비 ... 49
• 제 3 절 러시아탄의 연소 실험 ... 54
• 1. 실험 조건 및 방법 ... 54
• 2. 연소 실험 결과 ... 55
• 제 4 절 호주탄의 연소 실험 ... 59
• 1. 실험 조건 및 방법 ... 59
• 2. 연소 실험 결과 ... 61
• 3. 실험 결과 요약 ... 66
• 제 5 절 다중 노즐 미분탄 순산소 연소기의 성능 ... 68
• 1. 연소기 설계 및 연소 설비 ... 69
• 2. 실험 조건 및 방법 ... 70
• 3. 1차 연소 실험 결과 ... 71
• 제 6 절 순산소 연소 보일러 설계 및 실험 ... 81
• 1. 0.3MWth 급 연소기 설계 ... 82
• 2. 0.3MWth 순산소 연소 보일러 설계 ... 83
• 3. 배가스 재순환 순산소 연소 실험 ... 86
• 4. 순산소/FGR 연소 안정화 및 제어기술 ... 125
• 제 7 절 미분탄 순산소 연소 수치해석 연구 ... 134
• 1. 수치해석 이론 ... 134
• 2. 수치해석 결과 ... 148
• 제 4 장 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 202
• 제 5 장 연구개발결과의 활용 계획 ... 206
• 참고문헌 ... 208