• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 2012.04a
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• pp.337-339
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• 2012

This study investigates the combustion and heat transfer characteristics of a 100MWe pulverized coal boiler retrofitted for demonstration of oxy-coal combustion. By computational fluid dynamics (CFD), the flame temperature and wall heat flux were compared for air-fuel and oxy-fuel combustion with different $O_2$ concentration in the oxidizers. It was found that the oxy-fuel combustion requires an $O_2$ concentration higher than 27 vol.% for the boiler to achieve the similar value of wall heat flux with air-fuel combustion.

• Journal of Hydrogen and New Energy
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• v.30 no.4
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• pp.347-355
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• 2019

As a solution to the growing concern on the global warming, researches are being actively carried out to apply carbon dioxide capture and storage technology to power generation systems. In this study, the integrated gasification combined cycle (IGCC) adopting oxy-combustion carbon capture was modeled and the effect of replacing the conventional air separation unit (ASU) with the ion transport membrane (ITM) on the net system efficiency was analyzed. The ITM-based system was predicted to consume less net auxiliary power owing to an additional nitrogen expander. Even with a regular pressure ratio which is 21, the ITM-based system would provide a higher net efficiency than the optimized ASU-based system which should be designed with a very high pressure ratio around 90. The optimal net efficiency of the ITM-based system is more than 3% higher than that of the ASU-based system. The influence of the operating pressure and temperature of the ITM on system efficiency was predicted to be marginal.

• Journal of Energy Engineering
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• v.20 no.3
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• pp.191-199
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• 2011

The char burn-out and NOx emissions from sub-bituminous coal were investigated in drop tube furnace under $O_2/N_2$ and $O_2/CO_2$ environments with different $O_2$ concentrations of 12, 21 and 31%. Results show that the char burn-out rate is faster as $O_2$ concentration increases higher and char burn-out rate under $O_2/CO_2$ decreases due to the lower oxygen diffusion into coal surface through the $CO_2$ rich boundary layer. NO concentration increases with increasing $O_2$ concentration, but declines at $O_2$ concentration of 31%. Meanwhile, NO emission indexes decreases monotonically with increasing $O_2$ concentration, which indicates that more NO reduction occurs with higher $O_2$ concentration probably due to greater HCN formation. For all conditions of $O_2$ concentration, the NO concentration under $O_2/N_2$ maintains higher than those of $O_2/CO_2$ due to presence of thermal NO.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.198.2-198.2
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• 2010

Three dimensional numerical analysis of the oxygen and air were performed to investigate the combustion characteristics in a Corner-type pulverized coal boiler. With the actual operation data of the power plant, the distribution of velocity, gas temperature, $O^2$, $CO_2$, $H_2O$, $N_2$ as well as the particle tracking in the boiler were investigated. The predicted values at the outlet of furnace for the gas temperature and major species concentrations gave a good agreement with the designed values. The present analysis on combustion characteristics in a boiler would provide the useful information for the stable boiler operation and in trouble shooting boiler problem.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.130.2-130.2
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• 2010

2020년까지 대형 CCS (Carbon Capture and Storage) Demo Plant 시장 (100MW 이상) 이 형성될 전망이다. 발전 부문에서 대규모 CCS 실증 프로젝트는 총 44개이며 연소전(41%), 연소후(28%), 순산소(3%) 프로젝트가 계획되어 있다. 순산소 연소 기술은 실증진입단계, 연소후(USC) 기술은 상용화 추진단계, 연소전 (IGCC) 기술은 실증완료 이후 상용화 진입 단계이다. IGCC 발전의 석탄가스화 기술은 타 산업분야에 서 상용화 되어있어 기술신뢰성이 높다. IGCC 단위설비 기술 개발을 통한 성능개선 및 비용절감에 대한 잠재력을 가지고 있기 때문에 미래의 석탄발전기술로 고려되고 있다. IGCC 기술은 가장 상용화에 앞서있지만 아직까지 IGCC+CCS 대형 설비가 운전된 사례가 전 세계적으로 없으며 미국 EPRI 등에서 Feasibility Study 단계이다. 현재 국책과제로 수행중인 300MW급 태안 IGCC 플랜트를 대상으로 향후 CCS 설비를 적용했을 경우에 대해 기술 타당성 검증을 목적으로 IGCC+CCS 모델링을 수행하였다. 모델링은 스크러버 후단의 합성 가스를 대상으로 하였다. Water Gas Shift Reaction (WGSR) 공정 및 Selexol 공정을 구성하여 최종 단에서 수소 연료를 생산할 수 있도록 하였다. WGSR 공정은 Co/Mo 촉매반응기로 구성되었다. WGSR 모델링을 통하여 주입되는 스팀량 (1~2 mol-steam/mol-CO) 및 온도 변화 ($220-550^{\circ}C$)에 따른 CO가스의 전환율을 분석하여 경제적인 설계조건을 선정하였다. Selexol 공정은 $H_2S$ Absorber, $H_2S$ Stripper, $CO_2$ Absorber, $CO_2$ Flash Drum으로 구성된다. Selexol 공정의 $CO_2$와 $H_2S$ 선택도를 분석 하였으며 단위 설비별 설계 조건을 예측하였다. 모델링 결과 59kg/s의 합성가스($137^{\circ}C$, 41bar, 가스 조성은 $CO_2$ 1.2%, CO 57.2%, $H_2$ 23.2%, $H_2S$ 0.02%)가 WGSR Process를 통해 98% CO가 $CO_2$ 로 전환되었다. Selexol 공정을 통해 $H_2S$ 제거율은 99.9%, $CO_2$제거율은 96.4%이었고 14.9kg/s의 $H_2$(86.9%) 연료를 얻었다. 모델링 결과는 신뢰성 검증을 통해 IGCC+CCS 전체 플랜트의 성능예측과 Feasibility Study를 위한 자료로 활용될 예정이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.698-698
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• 2009

화력발전이 많은 비중을 차지하는 전력생산 산업은 온실가스($CO_2$)의 최대 배출 원으로 알려져 있으며 증가하는 전력 수요 뿐 만 아니라 다가오는 기후변화협약에 대응하기 위하여 $CO_2$ 회수 및 공정 개선에 관한 연구가 많이 수행되고 있다. 특히 현재 연구되고 있는 전력분야의 대표적인 $CO_2$ 회수기술은 연소 후 포집(Post-combustion capture), 순산소 연소(Oxy-fuel combustion), 연소전 탈탄소화(Pre-combustion) 3가지로 구분된다. 이중 연소전 탈탄소화 기술은 석탄가스화복합발전(IGCC) 기술과 연계하여 $CO_2$를 회수할 수 있는 방법으로 가스화 된 석탄가스에 Water-Gas Shift 반응과, $CO_2$ 분리로 얻어진 탈 탄소 연료를 통해서 전력을 생산한다. 이 기술의 핵심은 생성된 $CO_2/H_2$ 복합가스로부터 $CO_2$를 분리하는 공정으로 차세대 회수 기술로는 Membrance Reactor, SOFC, Oxygen Ion Transfer Membrane(OTM), 그리고 가스 하이드레이트가 있다. 이중 가스 하이드레이트는 $CO_2$의 회수 뿐 만 아니라 처리 기술에도 적용 가능하지만 우리나라에는 이에 관한 기술이 전무한 형편이다. 본 연구에서는 가스 하이드레이트 형성원리를 이용하여 정온 정압 조건에서 $CO_2/H_2$ 하이드레이트를 제조하였으며 특히, 하이드레이트 형성 촉진제인 THF(Tetrahydrofuran)를 첨가하여 THF 농도에 따른 상평형 및 속도론 실험을 수행 하였다. 이러한 연구는 연소전 탄소화 기술에서의 $CO_2$ 회수 분리에 대한 핵심 연구임과 동시에 탄소배출권 규제에 실질적인 기여를 할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.215.2-215.2
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• 2010

지구온난화의 주범으로 알려진 $CO_2$의 대기 중 농도는 산업혁명 이전 280ppm에서 산업 혁명 이후 375ppm으로 증가하였다. 정부 간 기후변화패널(IPCC)의 기후변화 시나리오에 의하면, 지금부터 다양한 감축노력을 한다 할지라도 $CO_2$ 증가추세는 계속되어 2100년경에는 대기 중 $CO_2$농도가 600~950ppm에 이를 것으로 예측하고 있다. 현재까지 화력발전부분은 온실가스($CO_2$)의 최대 배출 원으로 알려져 있으며 이 분야의 $CO_2$ 회수기술은 연소 후 포집(Post-combustion), 순산소 연소(Oxy-fuel combustion), 연소 전 탈탄소화(Pre-combustion) 3가지로 크게 구분된다. 이중 석탄가스화복합발전(IGCC)기술과 연계하여 $CO_2$를 회수할 수 있는 방법이 연소 전 탈탄소화 기술이다. 핵심기술은 $CO_2$ 분리공정으로 적용 될 수 있는 기술로서는 흡착 흡수법, 막분리법 그리고 가스 하이드레이트가 있으나 아직까지 우리나라의 가스 하이드레이트 기술은 전무한 형편이다. 본 연구에서는 가스 하이드레이트 형성원리를 이용하여 정온 정압 조건에서 $CO_2/H_2$ 하이드레이트를 제조하였으며 특히, 하이드레이트 형성 촉진제인 TBAB(Tetra-n-butyl ammonium bromide)를 첨가하여 TBAB 농도에 따른 상평형 및 속도론 실험을 수행 하였다. 또한 라만 분석을 통하여 $CO_2$ 회수 분리에 대한 연구도 병행하였다.

• Journal of the Korean Society of Combustion
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• v.15 no.2
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• pp.1-11
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• 2010

Power generation systems based on the oxy-coal combustion with carbon dioxide capture and storage (CCS) capability are being proposed and discussed lately. Although a large number of lab scale studies for oxy-coal power plant have been made, studies of pilot scale or commercial scale power plant are not enough. Only a few demonstration projects for oxy-coal power plant are publicized recently. The proposed systems are evolving and various alternatives are to be comparatively evaluated. This paper presents a proposed approach for performance evaluation of a commercial 100 MWe class power plant, which is currently being considered for 'retrofitting' for the demonstration of the concept. The system is configurated based on design and operating conditions with proper assumptions. System components to be included in the discussion are listed. Evaluation criteria in terms of performance are summarized based on the system heat and mass balance and simple performance parameters, such as the fuel to power efficiency and brief introduction of the second law analysis. Also, gas composition is identified for additional analysis to impurities in the system including the purity of oxygen and unwanted gaseous components of nitrogen, argon and oxygen in air separation unit and $CO_2$ processing unit.

• Journal of the Korean Society of Combustion
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• v.16 no.2
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• pp.1-8
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• 2011

As one of the main technologies for carbon capture and storage in power generation, oxy-coal combustion is being developed for field demonstration in Korea. This study presents the results of numerical simulation for combustion in a single-wall-fired 100 $MW_e$-scale boiler proposed for the initial design of the demonstration plant. Using a commercial CFD code, the detailed combustion, flow and heat transfer characteristics were assessed both for air-mode and oxy-mode combustion. The results show that stable combustion can be achieved in the dual mode operation with the current boiler configuration. However, the differences in the flow pattern and heat transfer between the two combustion modes need to be considered in the design and operation which is mainly due to the larger density and specific heat of $CO_2$ compared to $N_2$. Further development of the boiler design is required using improved numerical modeling for radiative heat transfer and combustion.

• Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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• v.11 no.4
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• pp.191-198
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• 2008

To design a reliable $CO_2$ marine geological storage system, it is necessary to perform numerical process simulation using thermodynamic equation of state. $CO_2$ capture process from the major point sources such as power plants, transport process from the capture sites to storage sites and storage process to inject $CO_2$ into the deep marine geological structure can be simulate with numerical modeling. The purpose of this paper is to compare and analyse the relevant equations of state including ideal, BWRS, PR, PRBM and SRK equation of state. We also studied the effect of thermodynamic equation of state in designing the compression and transport process. As a results of comparison of numerical calculations, all relevant equation of state excluding ideal equation of state showed similar compression behavior in pure $CO_2$. On the other hand, calculation results of BWRS, PR and PRBM showed totally different behavior in compression and transport process of captured $CO_2$ mixture from the oxy-fuel combustion coal-fired plants. It is recommended to use PR or PRBM in designing of compression and transport process of $CO_2$ mixture containing NO, Ar and $O_2$.