• 기계와재료
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• v.24 no.1
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• pp.26-35
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• 2012

가스액화플랜트는 질소, 산소, 헬륨 등 고순도의 가스를 효율적으로 저장 및 운송을 위해 가스를 액체로 변환하는 플랜트로, 대표적인 플랜트로는 질소, 산소, 아르곤 등의 가스를 생산하는 공기분리플랜트, 헬륨액화플랜트, 수소액화플랜트, 천연가스액화플랜트 등이 있다. 질소, 산소, 수소 등의 가스는 산업의 전반적인 분야에서 널리 사용되고 있으며, 국내의 경우 철강, 반도체, 디스플레이제조산업 등 가스 다소비 분야의 비약적인 발전에 따라 급격하게 수요가 증가하고 있는 상황이다. 대용량의 가스액화플랜트는 원료로부터 불순물을 제거하고, 팽창 또는 열교환 과정을 통해 가스를 액체로 변환하는 극저온기술로 주로 구성되며, 이와 같은 과정은 압축기, 열교환기, 증류탑, 팽창터빈, 콜드박스 등의 구성요소에 의해 구현된다. 따라서 가스액화플랜트에서 효율적인 극저온의 생성 및 유지는 플랜트의 경제성 제고를 위해 핵심적인 요소이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2007.11a
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• pp.433-436
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• 2007

가스화기술은 화석연료에 의한 기존의 화력발전기술을 대체할 수 있는 차세대 발전기술로 여겨지고 있어 전 세계적으로 기술개발은 물론 상용 플랜트를 앞 다투어 도입 건설 중에 있다. 현재 국내에서도 2014년까지 실증플랜트 완공에 매진을 가하고 있는 실정이다. 가스화기술은 온실가스인 이산화탄소를 동시에 감축하면서 전력뿐만 아니라 수소, DME, 화학원료와 같은 2차 고급 에너지원을 생산할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 이 연구에서는 ASPEN plus를 이용하여 다양한 원료 공급에 따른 300 MW급 IGCC 플랜트에 대한 운전 특성을 알아보고자 하였다. 가스화기에 공급되는 원료는 석탄(역청탄), 중질유(납사, 벙커C유) 등으로 구분해 고려하였으며, 가스화 플랜트 해석모델에 대한 성능을 평가하기 위하여 해외에서 운전 중인 상용 IGCC 플랜트에 대한 운전자료와 상대오차로 비교 산출해 검증하였다. 그 다음으로 가스화(gasification)공정, 산가스 제거(acid gas removal)공정, 복합발전 공정(combined cycle)등과 같은 IGCC 플랜트를 구성하고 있는 각각의 단위공정에 대한 운전 특성에 대한 해석결과를 확인하였다. 해석 결과를 바탕으로 가스화기의 냉가스 효율(cold gas efficiency)과 탄소 전환율(carbon conversion), 산가스 제거공정에 대한 이산화탄소 포획 성능과 복합발전에 따른 플랜트 발전량 및 발전 효율(plant net efficiency)을 예측하였다.

• 기계와재료
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• v.24 no.1
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• pp.36-46
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• 2012

국내 플랜트산업의 낮은 외화가득률의 원인인 낮은 국산화율의 플랜트 기자재 중 하나인 가스터빈은 선진국대비 기술격차가 크고 해외의존도가 높다. 가스터빈은 플랜트 산업에 활용도가 높은 기자재며 특히 오일&가스 플랜트의 경우 upstream에서 downstream에 이르기까지 활용도가 매우 높다. 가스터빈 시장은 연 7.5%의 성장을 보이고 있으며 2015년에는 560억불에 달할 것으로 예상된다. 선진국에서는 ATS, NGST, ETN 등 범국가 단위로 가스터빈 기술을 개발해 왔으며, 최근에는 고효율, 저비용, 친환경 가스터빈 기술향상에 집중하고 있다. 가스터빈 기술은 이제 발전기를 지나 성숙기에 이르고 있지만 국내의 가스터빈 기술은 단위 부품 제작이나 면허 생산 등의 생산 기술에 치우친 초보적인 수준에 머물고 있다.

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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• 1999.05a
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• pp.45-48
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• 1999

석탄가스화복합발전(Integrated Gasification Combined Cycle)기술은 우수한 환경성능과 열성능을 지니고 있어 장래 미분탄화력을 대신할 수 있는 대체기술로서 각광을 받고 있다. IGCC는 석탄가스화, 정제, 복합발전계통 및 공기분리계통 등 그 구성요소가 복잡하여 이들간의 시스템 최적화 정도에 따라 경제성 및 플랜트 성능이 크게 좌우된다. 최근에 가스터빈과 공기분리설비(Air Separation Unit)를 연계시켜 IGCC플랜트 성능을 향상시키는 연구가 다수 진행되었다[1],[2],[3]. 본 연구에서는 가스터빈과 ASU 간의 연계시 공기추출량을 결정하는 인자들을 검토하고 Texaco quench 가스화공정을 채용한 IGCC 플랜트에 대해 GatecCyle code등 상용코드를 이용하여 모델링하고 가스터빈 압축기 공기추출량에 따른 IGCC 플랜트 성능을 분석하였다. 본 연구 결과를 통하여 대상 IGCC 플랜트의 적정 공기추출량을 결정하고 플랜트 성능을 계산하였다. 본 연구 결과는 전력연구원에서 수행중인 300MW급 IGCC 예비기본설계에 활용될 것이다.(중략)

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2007.06a
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• pp.816-819
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• 2007

국내에서 IGCC 플랜트의 복합발전시스템의 평가는 여러 분야별로 진행되어 왔다. 크게 살펴보면 다음과 같다. 첫 번째는 가스터빈 쪽의 기술이다. 즉, 기존 천연가스를 이용하는 가스터빈을 어떻게 하면 석탄가스를 사용하는 IGCC 플랜트에 적합하게 맞출 것인가 하는 문제이다. 두 번째는 효율을 어떻게 하면 높일 수 있는가의 문제로서 석탄의 종류, 가스화 방법을 효율적으로 선택, HRSG(heat recovery steam generator)를 효율적으로 설계, 그리고 정제공정에서의 에너지 소비를 줄이는 분야였다. 세 번째는 어떻게 하면 오염을 줄일까의 문제로서 질소나 스팀 분사를 연계하여 NOx를 감소시키고 정제 공정에 사용되는 촉매를 개발한다던지 공정을 발달시키는 분야였다. 이 외에도 여러 종류의 연구가 이 분야에서 있었으나 주로 설계 분야의 연구가 주되였다. 이것은 발전소의 건설을 위한 초기 단계로서 당연한 결과일 수 있다. 그러나, 지금 IGCC 플랜트가 건설되는 과정에 있으므로 우리나라 전력계통 연계와의 문제도 생각해보아야 한다고 생각한다. 따라서 이번 연구에서는 IGCC 플랜트 운영의 불확실성이 약간이라도 존재하기에 이 플랜트가 기저발전 보다는 첨두발전 쪽이나 태양열/광발전, 풍력발전 등 다른 신재생에너지 자원처럼 독립된 전력 시스템으로 운영될 것이라 생각하고 이렇게 운영될 때는 발전소의 부하률의 변화가 심할 수 있다는 가정하에 플랜트의 부하률에 따른 석탄의 합성가스, 연료가스 전환량 및 전환효율 및 발전량 및 발전효율을 전산모사를 통해 예측해보았다.

• Journal of Energy Engineering
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• v.8 no.1
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• pp.159-165
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• 1999

복합화력 발전플랜트의 운전에서 특히 하절기의 첨두부하시에 외기온도의 상승으로 인한 가스터빈의 출력 감소를 해결하기 위한 방법으로 LNG 연료가 보유하고 있는 냉열을 이용하여 압축기로 유입되는 공기 온도를 감소시키는 냉각시스템의 개념을 개발하고자 복합화력 발전플랜트에 대한 설계점 및 외기온도 변화에 대한 탈설계점 모델링 연구를 수행하였다. 대상 프랜트는 940 MW 서인천 복합 발전플랜트 모듈의 단위 블록을 선택하였으며 발전플랜트 전용 해석코드인 GateCycle을 이용하여 가스터빈과 증기사이클의 주요 기기 들에 대한 모델을 개발하였다. 개발된 모델의 결과를 대상플랜트의 시운전결과와 비교하여 모델의 적정성을 검증하였다. 출력, 효율, 온도 및 유량 등 주요 설계인자들이 최대 ~1.3%의 상대오차 범위 안에서 만족할 만한 신뢰도를 갖는 것을 확인하였다. 탈설계점 성능해석은 본 논문과 관련한 연구의 주목적인 LNG 냉열에 의한 유입공기 냉각시스템 설계시의 경계변수인 외기온도 증가에 대한 각 사이클의 특성변화를 대상으로 하였다. 종합적으로 외기온도가 증가하면 압축기로 유입되는 공기의 양과 이에 대응하는 소요 연료량이 동시에 감소하므로 연소에 따른 가스터빈의 팽창비가 감소한다. 이로 인하여 외기온도 증가시에 가스터빈 출력감소율은 0.5%/$^{\circ}C$로서 배기가스를 이용하는 증기사이클의 출력감소율 0.2%/$^{\circ}C$에 비해 민감하므로 가스터빈 유입공기의 냉각시스템의 설계는 복합화력발전 플랜트의 효율 향상에 크게 기여할 것으로 예상된다.

• The Magazine of the Society of Air-Conditioning and Refrigerating Engineers of Korea
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• v.38 no.3
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• pp.4-12
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• 2009

국토해양부의 가스플랜트사업단에서 추진하고 있는 LNG 플랜트와 GTL 플랜트에 대한 기술개발 사업추진의 필요성 및 추진방향을 소개한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.130.1-130.1
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• 2010

미국과 유럽에서는 이미 10여 년 전부터 250MW급 이상의 대용량 석탄IGCC 플랜트를 상업운전 하고 있으며, 일본과 중국을 비롯한 아시아에서도 대용량 플랜트를 시운전하고 있거나 건설 중에 있다. 한국에서는 제4차 전력수급계획에 의거 태안화력 부지 내에 300MW급 IGCC 플랜트 건설을 추진 중이며, 두산중공업은 '10년 상반기에 IGCC 가스화 플랜트에 대한 FEED 설계 (Front-Eng Engineering Design)를 완료하였다. 그 과정 중 설계조건에 의한 기본 엔지니어링 사항과 석탄 가스화 플랜트에 대한 성능예측 결과를 본 연구에서 소개한다. 가스화 플랜트의 엔지니어링은 가스화 블록과 가스정제 블록으로 구분하여 수행하였다. Process Data를 이용하여 PFD Development, P&ID Generation, Equipment Specification 개발, HAZOP 수행, Architecture Engineering 등의 순으로 FEED 설계를 진행하였다. BOD (Basis of Design)를 기준으로 운전조건별 Heat & Mass Balance와 Process Flow를 재검토하고 각 기기별 운전개념을 반영하여 P&ID를 개발하였다. 그리고 배관, 전기 및 제어에 대한 각종 Diagram 개발과 HSE (Health, Safety and Environment) 관련 설계를 수행하였다. IGCC 1호기의 엔지니어링 수행과 함께 Next 호기 자체설계 역량 확보를 위해 두산중공업은 'DIGITs'로 명명된 개념기본설계 Tool을 개발하고 있다. DIGITs는 공정모델링, 단위기기 개념설계, 공정구성 (Process Configuration) 및 종합 Database Package 형태로 구성된다. DIGITs에 의한 계산 결과 공정사 Process Data 기준시 가스화 블록 출구에서 Syngas HHV와 Syngas 현열은 각각 약 $636MW_{th}$와 약 $18MW_{th}$로, Plant 설계조건 $630MW_{th}$를 만족하는 것으로 예측되었다. 향후 DIGITs는 가스정제 블록 및 주변 BOP 설비 등과 연계한 종합 개념기본설계 Tool로써 개발 진행 중이다.

• Journal of Energy Engineering
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• v.9 no.3
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• pp.157-162
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• 2000

기존의 IGCC의 장점인 고효율 플랜트의 특성을 살리기 위해 고온정제를 적용하는 경우 조건변화에 따른 플랜트 성능의 영향을 관찰하고자 본 연구를 수행하였다. IGCC에 고온정제 공정을 적용하여 구성한 모델은 연구 목적에 알맞은 범위의 건전성을 가진 것으로 나타났으며 기타 조건을 동일하게 설정한 경우 저온 정제 공정(MDEA amine) 적용에 비해 플랜트 효율이 약 2.7% 가량 상승하였다. 한편 동일한 고온정제 공정이라도 적용하는 흡수제를 zinc titanate에서 zinc ferrite로 달리 하는 경우 탈황제의 화학 반응상 특성 및 차이점으로 인해 연료가스의 발열량 변화를 유발하므로 결과적으로 약 0.5%의 플랜트 효율 손실이 발생함을 알 수 있었다. 또한 탈황 온도 350~$650^{\circ}C$ 사이의 온도범위에 대해 민감도 분석을 실행하였으며 민감도 분석 결과 전제 온도의 증가와 플랜트 효율은 정비례하지 않으며 50$0^{\circ}C$ 이상의 정제 온도를 적용한 경우는 거의 비슷한 효율을 나타내었다. 이와 같은 결과는 정제 온도를 증가시킴으로 인해 가스터빈에 공급되는 연료가스의 온도는 높아지지만 적용한 가스터빈의 출력 및 연소 온도가 제한되어 있어 고온정제를 적용함으로써 얻어지는 이득을 가스터빈에서 충분히 보상하지 못하고 한편으로 고온정제를 채택함으로써 저온정제 적용시 보다 syngas cooler에서 회수할 수 있는 헌열이 줄어듦으로 인한 증기 터빈 출력의 감소가 커지기 때문으로 분석되었다.

• 기계와재료
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• v.24 no.1
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• pp.64-71
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• 2012

열교환기은 대부분의 플랜트에서 공정효율을 결정하는 핵심기자재이다. 이에 따라 플랜트 전체 효율을 향상시키기 위한 고효율 열교환기에 대한 연구개발이 꾸준히 이루어지고 있으며, 최근 들어 심해저플랜트 등의 고압환경용, 가스액화 플랜트 등에 적용되는 극저온용, 가스터빈 등에 적용되는 초고온용 등 극한환경에서 사용되는 플랜트용 고신뢰용 열교환기에 대한 니즈가 증가하고 있다. 따라서, 국내업체들의 플랜트 기자재 시장 진입 및 점유율 확대를 위해 이러한 극한환경용 열교환기에 대한 원천기술 확보 전략이 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 플랜트용 열 교환기 기술현황에 대해 살펴보고자 한다.