초록 ▼

연구개요
기후변화에 의한 폭염, 폭우, 한파, 미세먼지 등의 자연 재난 발생 가능성이 지속적으로 증가되고 있어 국민의 생명, 삶의 질이 위협받음에 따라 이를 해결할 수 있는 신재생에너지 발전 기술의 중요성이 강조되고 있다. 석탄 연료를 바이오매스, 하수슬러지 고형연료로 대체하여 발전할 경우 CO₂ 발생이 20% 이상 감소되어 온실가스 배출량을 크게 감축시킬 수 있으며, 폐기물에 의해 발생되는 환경오염 방지도 가능하지만, 연료에 다량 함유되어 있는 염소성분은 고온 연소 시 설비부품에 증착, 용융되어 염화물을

연구개요
기후변화에 의한 폭염, 폭우, 한파, 미세먼지 등의 자연 재난 발생 가능성이 지속적으로 증가되고 있어 국민의 생명, 삶의 질이 위협받음에 따라 이를 해결할 수 있는 신재생에너지 발전 기술의 중요성이 강조되고 있다. 석탄 연료를 바이오매스, 하수슬러지 고형연료로 대체하여 발전할 경우 CO₂ 발생이 20% 이상 감소되어 온실가스 배출량을 크게 감축시킬 수 있으며, 폐기물에 의해 발생되는 환경오염 방지도 가능하지만, 연료에 다량 함유되어 있는 염소성분은 고온 연소 시 설비부품에 증착, 용융되어 염화물을 응착시킴. 응착된 염화물은 석탄 연소 시 발생하는 배기가스 내에 존재하는 SO₂, HCl, H₂O, O₂, CO₂ 등과 반응하여 금속 표면에 부식성이 아주 강한 각종 금속염화물을 생성하여, 보호피막을 파괴된다. 하지만 아직까지 (바이오매스, 하수슬러지 고형연료)-혼소 발전분위기에 대한 부식 거동 연구는 이루어지지 않고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 현재 발전소에 사용 중인 합금 및 사용이 검토되고 있는 내열합금을 고온의 다양한 조건 하에서 부식 시험하여 부식생성물 형성/박리/성장 속도를 저감 시킬 수 있는 인자를 도출하고, 소재와 부식 환경에 의한 고온부식 손상 원인을 규명하고자 한다.

연구 목표대비 연구결과
부식생성물 형성/박리/성장 속도를 저감 시킬 수 있는 인자를 도출하기 위해 발전소 소재로 가장 많이 사용되고 있는 T22, T91, T92, STS347H, STS310, STS 316L, STS 304H 등의 원소재 및 코팅처리(물리적, 화학적 코팅)한 시험편을 (KCl/NaCl/Na₂SO₄/K₂SO₄) 혼합염과 (CaO, MgO, SiO₂, P₂O₅, Fe₂O₃) 등이 함유된 하수슬러지 내에 시험편을 장입한 후 실제 발전소 운전환경과 유사한 혼합가스 분위기에서 부식 시험을 실시하였다. 본 연구에서 염과 하수슬러지가 존재하는 분위기에서 혼합가스의 높은 산소 압력에 의해 산화부식이 지배적으로 일어났으며, Fe이 우선적으로 산화되어 산화막 성분은 대부분 Fe-O로 구성되었다. 고온 장시간 부식의 경우 부식생성물이 다층구조로 이루어졌으며, 외부 scale Fe-O, (Fe, Cr)-O 산화막과 모재사이의 내부 scale에서 미량의 (Fe, Cr)-S 황화물이 존재하였다. 코팅한 시험편은 부식초기단계부터 보호피막이 형성되어 부식이 효율적으로 억제되어질 수 있는 인자를 살펴보고, 고온 내식성/신뢰성을 향상시켜 수명․효율을 증대시키고자 하였다. 부식거동은 온도와 시간 변수에 따라 포물선과 선형 속도모델이 공존하는 것으로 나타났으며, 속도모델별 속도상수를 파악하여 고온 부식손상 기반 데이터베이스를 구축하였다.

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과
(연구개발결과의 중요성)
국내에서 석탄-(바이오매스, 하수슬러지 고형연료) 혼소 발전이 이루어지고 있음에 따라, 여러 연구기관(한국생산기술연구원, 동서발전, 서부발전, 고등기술연구원, 아주대학교 등)에서 수행된 기존 연구결과에 대한 정보를 수집, 평가하고, 내식성을 증진시키기 위해 시편에 적용하여 이를 통해 실제 발전환경에서 발생하는 부품 소재의 부식거동을 파악하고, 혼소발전용 핵심부품소재와 관련된 원천기술을 확보할 수 있으며, 고온 설비 핵심 부품 소재 관련 원천기술은 국내 건설 중인 발전소에 향후 적용 가능하며, 이를 통해 상용화 운전을 조기에 달성시킬 수 있고, 일자리 창출도 가능하다. 또한 세계적으로 석탄-(바이오매스, 하수슬러지 고형연료) 혼소 발전용 소재와 관련된 연구가 여전히 극히 부족하여 기술 선점 효과가 있으며, 실용화 기술 개발 및 개발된 기술의 실증시험을 통한 신뢰성 확보로 시장 선점 효과를 극대화시킬 수 있다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구 목적과 필요성 ... 4
• 나. 연구 추진전략 및 방법 ... 6
• 다. 연구 최종목표 ... 7
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 8
• (1) 1차년도 (2019년) ... 8
• (2) 2차년도 (2020년) ... 9
• (3) 3차년도 (2021년) ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 가. 연구 결과 ... 12
• 나. 목표 달성 수준 ... 15
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 16
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 16
• 6. 참고문헌 ... 18
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 19
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 22
• 끝페이지 ... 37