초록 ▼

1. 최종목표
○ 다양한 설계방법을 적용하여 가압상태에서 최적의 미립화와 선속도가 유지되는 버너제작
- 분사 기초독성 실험을 통한 설계 파라미터 적용
- 최적의 미립화, 선속도유지, 무화도 확보 등 개발인자 도출
○ 다양한 재질을 적용 및 평가하여 내열/내마모/내부식성을 겸비한 버너 제작
- 노즐팀의 고온화를 방지 할 수 있는 주입가도 확보
- 전도열에 의한 노즐변형, 연료의 무화와 분사특성 저해요인 제거하기 위한 설계와 열과 마모에 강하면서 황(Sulfur)에 의한 부식을 최소화 할 수 있는 재질선

1. 최종목표
○ 다양한 설계방법을 적용하여 가압상태에서 최적의 미립화와 선속도가 유지되는 버너제작
- 분사 기초독성 실험을 통한 설계 파라미터 적용
- 최적의 미립화, 선속도유지, 무화도 확보 등 개발인자 도출
○ 다양한 재질을 적용 및 평가하여 내열/내마모/내부식성을 겸비한 버너 제작
- 노즐팀의 고온화를 방지 할 수 있는 주입가도 확보
- 전도열에 의한 노즐변형, 연료의 무화와 분사특성 저해요인 제거하기 위한 설계와 열과 마모에 강하면서 황(Sulfur)에 의한 부식을 최소화 할 수 있는 재질선정
○ 1톤/일 규모의 버너에서 10톤/일 규모의 버너로 Scale-Up
- O2/Coal 비율, 반응기 체적 및 운전온도, 노즐의 형태 및 크기, 산소 및 연료 공급량등 수치화된 파라미터를 바탕으로 10톤/일 규모의 가스화 설비에 적용할 수 있는 버너체적을 최종적인 목표로 한다.
○ 버너의 핵심기술인 특수노즐의 개발
- 재질의 특성 및 가공성들을 고려하여 적용한 후 취득한 데이터를 바탕으로 설계 및 제작기술을 확보.
2. 개발내용 및 결과
○ 고속가스에 의한 액체연료의 분사 기초특성 실험을 통하여 1톤/일 가스화깅 적합한 버너의 설계 파라미터를 도출함.
○ 분사 기초특성 실험으로부터 도출된 설계 파라미터를 적용하여 다양한 형식의 테스트 버너를 제작할 수 있었고, 미립화 특성실험(SMD 측정)을 통하여 최적의 1톤/일 석탄슬러리 버너를 제작함.
○ 기존의 석탄슬러리 버너는 몸체와 노즐부분 모두 열과 마모, 그리고 부식에 취약한 SUS310으로 제작되었지만 본 연구를 통하여 가스화 반응시 고온의 열과 산성가스에 노출되는 부분과 노즐을 세라미계 소재, 즉 아루미나와 탄화규소를 이용하여 대체함으로써 내열/내마모/내식성의 버너를 제작함.
○ 앞서 수행한 석탄스러리 버너의 분사 기초특성 실험과 미립화 특성실험 결과를 토대로 1톤/일 규모의 석탄가스화기에 적합한 버너를 제작하여 적용함으로써 그 성능을 평가하였으며 도출된 파라미터를 본 과제의 최종 목표인 10톤/일 규모의 석타가스화기 버너를 제작하는데 적요하여 성능평가를 위한 가스화기 시운전을 성공적으로 완료하였음.
3. 기대효과 및 적용분야(기술적 및 경제적 효과)
○ 석탄슬러리 버너와 같은 석탄가스화 핵심기반기술의 국산화를 계기로 국내 청정석탄 이용기술이 상업화되어 국내뿐만 아니라 국외로 확대될 경우 관련 건설업, 제조업, 전기전자산업 및 기타 엔지니어링 산업의 발전이 기대되며, 가스화의 연료인 석탄에 대한 수요증대로 인해 해외 탄광개발 등 이와 관련된 산업이 활성화되고, 화학제품 생산 등의 연계분야의 연구개발 및 사업화에 가소도가 붙을 것으로 예상됨.

목차 Contents

• 현장맞춤형 기술개발사업 최종보고서 ... 1
• 제출문 ... 3
• 현장맞춤형 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 4
• 목차 ... 5
• 표차례 ... 7
• 그림차례 ... 8
• 제 1 장 서론 ... 13
• 제 1 절 개발기술의 중요성 및 필요성 ... 13
• 1. 개발기술의 배경 ... 13
• 2. 개발기술의 개요 ... 18
• 가. 석탄가스화 기술 ... 18
• 나. 석탄슬러리 버너 ... 23
• 3. 개발기술의 필요성 ... 27
• 가. 기술적 측면 ... 27
• 나. 경제.사회적 측면 ... 29
• 다. 정책적 측면 ... 30
• 제 2 절 국내.외 관련 기술의 현황 ... 31
• 1. 국내 기술개발 동향 ... 31
• 가. 전력연구원 ... 32
• 나. SK에너지 ... 34
• 다. POSCO ... 35
• 2. 국외 기술개발 동향 ... 36
• 가. 미국 ... 37
• 나. 중국 ... 39
• 다. 호주 ... 42
• 라. 일본 ... 42
• 마. 영국 ... 43
• 바. 네델란드 ... 44
• 사. 독일 ... 45
• 제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ... 46
• 제 1 절 기술개발 내용 ... 46
• 1. 이론적 고찰 ... 46
• 가. 기체의 분출 특성 ... 46
• 나. 두 유체의 미립화 특성 ... 47
• 다. 액적의 평균입경(SMD) ... 48
• 2. 최종목표 ... 49
• 가. 버너 설계인자 ... 49
• 나. 내열/내마모/내식성 특수노즐 제작 ... 50
• 다. 가스화설비 연계운전 및 버너 Scale-up ... 52
• 3. 평가방법 ... 53
• 제 2 절 기술개발 방법 ... 54
• 1. 기초특성 실험 ... 54
• 2. 버너설계 및 제작 ... 63
• 3. 실험장치 및 방법 ... 81
• 가. 실험장치 ... 81
• 나. 실험방법 ... 84
• 4. 세라믹노즐 소재 선택 ... 85
• 가. 알루미나(Al2O3) ... 85
• 나. 탄화규소(SiC) ... 86
• 5. CWM 제조 ... 88
• 6. 가스화기 연계 실험 ... 90
• 제 3 장 결과 ... 92
• 제 1 절 미립화 특성 평가 ... 92
• 1. 노즐 형태에 따른 영향 ... 92
• 2. 산소 노즐 각도에 따른 영향 ... 99
• 3. PCD 크기에 따른 영향 ... 107
• 4. swirl circle에 따른 영향 ... 113
• 5. 화염 모사 cold test ... 120
• 제 2 절 가스화기 성능 평가 ... 121
• 제 3 절 10톤/일 가스화기 버너 제작 및 성능평가 ... 131
• 제 4 절 10톤/일 가스화기 전산 유동해석 ... 143
• 제 4 장 결론 ... 147
• 참고문헌 ... 149
• 끝페이지 ... 152