초록 ▼

Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
○ 핵심 연구개발 결과
- (세계 최초) 100 kW_th 규모 순환유동층 연소시스템에서 석탄-암모니아 혼소 설비 구축 및 운영기술 개발
· 암모니아 사용을 위한 인허가 확보 및 암모니아 공급설비 구축 완료
· 석탄 전소 대비 암모니아 혼소율 20% 이상 운전 기술(노하우) 확보
· 최적 암모니아 공급 위치 확인을 위해, 연소로 하부 dense bed zone, 고체 순환 파이프(downcomer), 분산판 노즐 전 wind-box(1차 공기와 혼

Ⅳ. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
○ 핵심 연구개발 결과
- (세계 최초) 100 kW_th 규모 순환유동층 연소시스템에서 석탄-암모니아 혼소 설비 구축 및 운영기술 개발
· 암모니아 사용을 위한 인허가 확보 및 암모니아 공급설비 구축 완료
· 석탄 전소 대비 암모니아 혼소율 20% 이상 운전 기술(노하우) 확보
· 최적 암모니아 공급 위치 확인을 위해, 연소로 하부 dense bed zone, 고체 순환 파이프(downcomer), 분산판 노즐 전 wind-box(1차 공기와 혼합)에서 암모니아 공급하여 연소로 내 온도 분포 및 환경오염물질(NO, SO₂, NH₃, N₂O, CO, CO₂) 특성 확인
· 질소산화물(NO) 감축 유리 : dense bed zone > downcomer > wind-box
· 연소효율과 연관된 일산화탄소(CO) 감축, NH₃/N₂O 최소화 유리 : wind-box > dense bed zone > downcomer
· 암모니아 혼소율 26.6% 조건에서 NO 94.5 ppm(과제 목표 ≦ 100 ppm), NH₃ slip 0.9 ppm(1차년도 목표 ≦ 15 ppm) 달성
· 순환유동층 암모니아 혼소 시 NO 감축에 따른 N₂O로 전환 → N₂O 감축 필요성 확인
- (국내 최초) 30 kW_th 규모 미분탄-암모니아 연소기(실제 1000 MW급 USC 미분탄 보일러에서 사용 중인 버너를 scale-down) 설계, 구축 및 혼소 특성 평가
· 30 kW_th급 미분탄-암모니아 연소기(버너) 설계 도면 확보 및 제작 완료
· 미분탄 전소 및 미분탄-암모니아 혼소(암모니아 혼소율 20%) 시운전 수행 (화염 유지 확인)
○ 연구개발 활용
· 미분탄 화력발전소(신보령화력 1기, 당진화력 1기) 및 순환유동층 발전소(여수화력 2기, 삼척그린파워 1기)에 암모니아 혼소율 20% 실증('27년 예정 산업부 에기평 과제)을 위한 원천 기술로 활용 가능
· 보일러 제작사에서 활용하기 위한 석탄-암모니아 혼소 발전 운전 절차서, 환경오염물질 특성, 연소효율 등 운전 데이터 제공에 관한 기술 이전 협의 중
· 정유사 코크스 순환유동층 보일러의 온실가스 감축을 위한 코크스-암모니아 혼소 기술 개발 계획 중
○ 상업화를 위한 추후 연구 개발 필요
· 순환유동층 보일러 대상 석탄-암모니아 혼소 발전의 경우, CO₂ 보다 GWP(global warming potential)가 274배 안정한 N₂O 생성 → N₂O 감축 기술 필요
· 1차 연소용 공기와 혼합하여 암모니아를 공급 시 내식성이 강한 분산판 노즐 설계 및 제작 → 부식테스트 및 DB화 연구 필요
· 상용 보일러에 적용을 위해 전산모사 기법이 아닌 실제 water-wall과 각 열교환기에서의 heat duty 분석이 필요 → 발전설비 및 수관이 있는 demonstration 설비에서 암모니아 혼소율에 따른 발전효율 분석 필요

(출처 : 요 약 문 7p)

Abstract ▼

Ⅳ. Result and Recommendations
○ Core R&D Results
- (The first in the world) Construction of coal-ammonia co-firing facility and development of operation technology in 100 kW_th scale circulating fluidized bed combustion system
· Secured permits for ammonia use and completed constr

Ⅳ. Result and Recommendations
○ Core R&D Results
- (The first in the world) Construction of coal-ammonia co-firing facility and development of operation technology in 100 kW_th scale circulating fluidized bed combustion system
· Secured permits for ammonia use and completed construction of ammonia supply facilities
· Securing operation technology(know-how) with an ammonia co-firing rate of 10% or more compared to only coal-firing
· To confirm the optimal supply ports for ammonia, ammonia is introduced from the dense bed zone at the bottom of the combustion furnace, the solid circulation pipe(downcomer), and the wind-box(mixed with primary air) before the nozzle of the distributor. Afterwards, check the temperature distribution and characteristics of environmental pollutants(NO, SO₂, NH₃, N₂O, CO, CO₂) within the riser.
· Advantage in reduction of nitrogen oxides(NO) : dense bed zone > downcomer > wind-box
· Carbon monoxide(CO) reduction related to combustion efficiency and advantage in minimization of NH₃/N₂O : wind-box > dense bed zone > downcomer
· Achieved NO 115.1 ppm at the condition of ammonia co-firing ratio of 10.4%(The goal ≦ 150 ppm), NH₃ slip 3 ppm(The goal ≦ 30 ppm)
· Conversion to N₂O due to NO reduction during circulating fluidized bed ammonia co-firing → Confirmation of need for N₂O reduction
- (The first in Korea) 20 kW_th scale pulverized coal-ammonia combustor (scale-down of burner used in actual 1000 MW scale USC pulverized coal
· 20 kW_th class pulverized coal-ammonia combustor(burner) design drawing secured and production completed
· Performed trial run of pulverized coal combustion and pulverized coal-ammonia co-firing (confirmed flame maintenance at ammonia co-firing ratio 20%)
○ Research and development utilization
· Demonstration of ammonia co-firing at ratio 20% in pulverized coal power plants(one Shinboryeong Thermal Power Plant, one Dangjin Thermal Power Plant) and circulating fluidized bed power plants(two Yeosu Thermal Power Plant, one Samcheok Green Power Plant and can be used as source technology for the Ministry of Trade, Industry and Energy’s energy evaluation project scheduled for 2027)
· Negotiating technology transfer regarding provision of operation data such as coal-ammonia co-firing power generation operating manual, environmental pollutant characteristics, and combustion efficiency for use by boiler manufacturers
· Planning to transfer technology through development and technology acquisition of coke-ammonia co-firing technology to reduce greenhouse gases in oil refinery coke circulating fluidized bed boilers
○ Future research and development required for commercialization
· In the case of coal-ammonia co-firing power generation for circulating fluidized bed boilers, N₂O with a GWP(global warming potential) 274 times more stable than CO₂ is generated → N₂O reduction technology is required
· Design and manufacture of a distributor nozzle with strong corrosion resistance when supplying ammonia by mixing it with air for primary combustion → Requires corrosion testing and DB research
· For application to commercial boilers, heat duty analysis from actual water-walls and each heat exchanger is required, rather than computational simulation techniques → Power generation efficiency analysis according to ammonia co-firing ratio is required in demonstration facilities with power generation facilities and water pipes

(source: SUMMARY 12p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요 약 문 ... 5
• SUMMARY ... 9
• CONTENTS ... 15
• 목차 ... 17
• 그림목차 ... 19
• 표목차 ... 21
• 제 1 장 서 론 ... 23
• 제 1 절 기술의 개요 ... 23
• 제 2 절 기술개발의 필요성 및 타당성 ... 26
• 1. 기술적 측면 ... 26
• 2. 경제·산업적 측면 ... 33
• 3. 정책/공공·인프라 측면 ... 38
• 4. 연구원의 임무 및 전략 부합성 측면 ... 42
• 제 2 장 연구 개발 목표 및 추진 내용 ... 43
• 제 1 절 최종 목표 ... 43
• 제 2 절 핵심 기술 목표 ... 43
• 제 3 절 연차별 연구 내용 및 목표 ... 44
• 제 4 절 평가방법 ... 45
• 제 5 절 연구개발 추진 전략 및 체계 ... 47
• 1. 추진방법 및 절차 ... 47
• 2. Showstoppers 및 극복전략 ... 48
• 3. 연구팀 편성도 ... 51
• 4. 연구팀 역할 및 협력방안 ... 52
• 제 3 장 핵심 기술별 연구 결과 ... 53
• 제 1 절 암모니아 공급 설비 구축 ... 53
• 제 2 절 순환유동층 암모니아 혼소 설비 구축 ... 54
• 제 3 절 대상 연료 분석 ... 55
• 제 4 절 순환유동층 암모니아 혼소 운전 결과 ... 56
• 1. 1차년도 암모니아 혼소 운전 ... 56
• 2. 2차년도 암모니아 혼소 운전 ... 63
• 제 5 절 경제성 평가 ... 67
• 1. 1000 MWe급 CFB 석탄 화력 혼소 발전 공정 모사 수행 ... 67
• 2. 암모니아 혼소율 변화에 따른 공정 모사 수행 ... 70
• 제 6 절 미분탄 암모니아 혼소기술 개발 ... 77
• 1. 실험 연소로 시스템 설계 및 구축 ... 78
• 2. 혼소 버너 설계 및 제작 ... 79
• 3. 실험 방법 및 조건 ... 80
• 4. 실험 결과 ... 81
• 제 7 절 향후 계획 ... 84
• 제 4 장 결 론 ... 87
• 참고문헌 ... 88
• 끝페이지 ... 99