• 한국광물학회지
• /
• 제23권3호
• /
• pp.199-209
• /
• 2010

석탄가스화는 청정석탄이용기술의 한 분야로 최근 국제 유가의 급격한 변동과 더불어 매우 각광을 받고 있는 기술이다. 본 연구에서는 중국 내몽고 지역의 저급석탄을 출발물질로 가스화를 위한 광학적 특성, X선 분광특성, X선 회절특성, 광물학적 특성, 건조특성 등을 분석하였다. 분석결과 석탄의 등급은 slagging성과 fouling성이 매우 낮으며 착화온도가 $250^{\circ}C$ 정도인 brown coal인 것으로 조사되었고, 석영, 능철석, 점토광물 등이 주요 불순물로 혼재하는 것을 알 수 있었다. 또한 초기 수분이 28%로 매우 높기 때문에 이를 쉽게 건조하기 위한 방법으로 열풍건조와 마이크로웨이브 건조기술을 적용하여 비교한 결과, 마이크로웨이브를 이용한 건조가 좀 더 효과적인 것을 알 수 있었다.

• 한국연소학회지
• /
• 제18권1호
• /
• pp.21-26
• /
• 2013

In the Shell coal gasification process, the syngas produced in a gasifier passes through a syngas cooler for steam production and temperature control for gas cleaning. Fly slag present in the syngas may cause major operational problems such as erosion, slagging, and corrosion, especially in the upper part of the syngas cooler (gas reversal chamber, GRC). This study investigates the flow, heat transfer and particle behaviors in the GRC for a 300 MWe IGCC process using computational fluid dynamics. Three operational loads of 100%, 75% and 50% were considered. The gas and particle flows directly impinged on the wall opposite to the syngas inlet, which may lead to erosion of the membrane wall. The heat transfer to the wall was mainly by convection which was larger on the side wall at the inlet level due to the expansion of the cross-section. In the evaporator below the GRC, the particles were concentrated more on the outer channels, which needs to be considered for alleviation of fouling and blockage.

• Journal of Biosystems Engineering
• /
• 제24권6호
• /
• pp.487-492
• /
• 1999

One of effective utilization method of rice husk is to utilize it as culture material by carbonizing the rice husk. As a second part of a series to investigate the effective and continuous production of carbonized rice husk by a cyclone combustor, a non-slagging vertical cyclone combustor without vortex collector pocket was introduced. Isothermal and mixed firing with LPG and rice husk were undertaken in order to characterize the system. Inert rice husk was used during the isothermal test to find mass of rice husk collected. It was impossible to ignite rice husk itself over the experimental conditions considered in this experiment. Cyclone combustor was operated at temperatures of 1,273~1,473K. Detailed combustion data were obtained from a pilot unit with the air flow rate of 70m$^3$/h and rice husk feed of 2kg. The equivalence ratio ranged from 0.66 to 3.48. The auxiliary gas flow rate was varied from 3.22 to 12.86$\ell$/min. The weight reduction, pH and particle size distribution of carbonized rice husk were measured to evaluate the quality of carbonized rice husk. An analysis of exhaust gas emission was conducted to characterize the combustor. The required carbonized rice husk could be obtained at equivalence ratio of 1.68~2.17, combustor temperature of 1,273~1,373K and auxiliary gas flow rate of 3.22~6.43$\ell$/min. A method to reduce CO emissions should be employed.

• Journal of Mechanical Science and Technology
• /
• 제16권9호
• /
• pp.1112-1120
• /
• 2002

Numerical investigations on air staging and fuel staging were carried out with a newly designed coaxial cyclone combustor, which uses the method of two stage coal combustion composed of pre-combustor and main combustor. The pre-combustor with a high air/fuel ratio is designed to supply gas at high temperature to the main combustor. To avoid local high temperature region in this process, secondary air is injected in the downstream. Together with the burned gas supplied from the pre-combustor and the preheated air directly injected into main combustor, coals supplied through the main burner react rapidly at a low air/fuel ratio. Strong swirling motion of cyclone combustor keeps the wall temperature high, which makes slagging combustion possible. Alaska, US coal is used for calculations. Predictions were made for various coal flow rates in the main combustor for fuel staging and for the various flow rate of secondary air in the pre-combustor for air staging. In-scattering angles are also chosen as a variable to increase residence times of coal particles. Temperature fields and particle trajectories for various conditions are described. Predicted temperature variations at the wall of the combustor are compared with corresponding experimental data and show a similar trend. The in-scattering angle of 20° is recommended to increase the combustion efficiency in the main chamber.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제27권11호
• /
• pp.1587-1594
• /
• 2003

Increased energy costs have placed demands for improved combustion efficiency, high equipment availability, low maintenance and safe operation. Furthermore low NO$_x\$ modification, installed due to strict environmental legislation, requires very careful combustion management. The flame monitoring system has been developed specially to satisfy these requirements. We aimed at gaining the relationship between the burner flame image and emissions such as NO$_x$ and unburned carbon in furnace by utilizing the image processing method. For the first step of development, its possibility test was undertaken with bench furnace. The test proceeded to the second step with pilot furnace and the system was observed to be effective for evaluating the combustion conditions. By using this technology, it is possible to perform continuous monitoring of the combustion conditions and instant detection of individual changes for each burner to prevent future loss of ignition. This may contribute to the saving of burner adjusting times for the changes of loads and fuels and to the reduction of the slagging as well.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2006년도 추계학술대회
• /
• pp.83-86
• /
• 2006

In this study, the syngas producing facility that consists of pulverized coal feeding/gasification and hot gas clean-up system was tested for Indonesian subbituminous coal. And the DME conversion facilities have been developed and tested for converting syngas to DME by reactions with catalysts. So, the entrained-bed slagging type pi lot scale coal gasifier was operated normally in the temperature range of $1,400{\sim}1,450^{\circ}C,\;7{\sim}8kg/cm^2$ pressure. And Roto middle coal produced syngas that has a composition of $36{\sim}38%$ CO, $14{\sim}16%\;H_2,\;and\;5{\sim}8%\;CO_2$. Particulates in syngas were 99.8% removed by metal filters. $H_2S$ composition in syngas was also desulfurized by the Fe chelate system to yield less than 0.1 ppm level. When the clean syngas $70{\sim}100 Nm^3/h$ was provided to DME conversion rector, normally operated in the temperature range of $230{\sim}250^{\circ}C$ and $60kg/cm^2$ pressure, 4.5% DME was yielded.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제22권6호
• /
• pp.913-924
• /
• 2011

A steady-state analysis has been conducted to predict the behavior of the slag layer in the entrained-flow slagging coal gasifier. The analysis takes into consideration the composition dependent slag properties such as density, viscosity, heat capacity, thermal conductivity, and temperature of critical viscosity. The amount of added flux to the design coal and the variation of syngas temperature inside the gasifier have been adopted as calculation parameters. The predicted results are the local thickness of the molten and the solid slag layers, and the slag viscosity and the velocity distribution across the molten slag layer along the gasifier wall near the slag tap.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
• /
• pp.105.2-105.2
• /
• 2010

석탄의 직접 연소 대신 고온/고압의 조건에서 불완전연소 및 가스화 반응을 통하여 일산화탄소(CO)와 수소($H_2$)가 주성분인 합성가스를 제조하여 이용하는 석탄 가스화 기술은 현실적인 에너지원의 확보를 위한 방법인 동시에 이산화탄소를 저감할 수 있는 기술이라 할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 non-slagging 방식의 pilot급 분류층 석탄가스화기를 대상으로 고압 미분탄공급장치, 합성가스 냉각장치, 고온 집진장치 등을 연계하여 상용급 석탄가스기와 유사한 $1,300^{\circ}C$, 20 kg/$cm^2$의 운전조건에서 미분탄의 안정적인 공급을 통한 양질의 합성가스 제조 및 제조된 합성가스의 분기 공급특성 시험을 진행하였다. 그리고, 고압 미분탄공급장치는 공급호퍼에 저장된 미분탄을 고온/고압 조건으로 운전되는 석탄가스화기에 공급하기 위한 설비로서, 이러한 고압 미분탄공급장치를 이용한 기류수송 방식의 미분탄 공급 기술은 가스화기 설계 및 운전제어 기술과 더불어 석탄가스화기 시스템의 안정적 연속운전을 위한 가장 핵심적인 기술 중 하나라고 할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 아역청탄인 인도네시아 ABK탄을 대상으로 향후 dense phase 고압 기류수송을 목적으로 하는 고압 미분탄공급장치의 성능특성을 시험을 진행하였는데, 시험 결과 73 kg/h 조건에서 20 kg/$cm^2$의 가스화기에 대한 안정적인 미분탄 공급특성을 확인할 수 있었으며, 이러한 미분탄 공급 조건에서 CO 40～45%, $H_2$ 16~20%, $CO_2$ 5~8% 조성의 양질의 합성가스를 평균적으로 $230{\sim}50Nm^3/h$ 안정적으로 제조할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
• /
• pp.108.1-108.1
• /
• 2010

분류층 가스화기는 석탄과 산소(공기) 및 수증기가 반응하여 $1200{\sim}1600^{\circ}C$의 고온, 20~60기압의 고압에서 작동되어 합성가스를 생성하며 합성가스에 포함된 입자 및 황화합물 등을 정제설비를 통하여 정제 후 발전 및 화학원료로 사용한다. 석탄가스화 중 석탄에 포함된 대부분의 회분은 용융슬래그 형태로 가스화기 벽면을 따라 흘러 내려 가스화기 하부의 냉각수조에서 급랭되어 배출된다. 이때 용융슬래그의 원활한 배출을 위해서는 일정범위의 점도를 유지하는 것이 필요하다. 슬래그의 점도는 가스화기 온도 및 Ash의 조성에 따라 크게 변하며 가스화기 설계 및 운전 시 매우 중요한 변수이다. 따라서 최적의 설계 및 운전을 위해서는 Ash의 점도예측이 중요하며, 분류층 가스화기내부에서 Ash 점도 예측을 위한 DooVisco 프로그램을 개발하였다. DooVisco는 가스화기 내부에서 슬래그 용융온도 및 온도별 점도, 가스화기 최소 운전온도 및 석회석 투입 효과 분석뿐만 아니라 석탄의 혼합 사용 시의 특성 예측도 가능하도록 개발되었다. DooVisco는 슬래그 주요 4성분인 SiO2, Al2O3, CaO, FeO 성분에 대한 Phase Diagram을 이용하여 1차적으로 슬래그용융온도(Liquidus Temperature)를 예측하고, 주요 4 성분 외에 Na2O, MgO, K2O, TiO2 등을 고려한 Kalmanovich Model을 이용하여 점도를 예측한다. 최종적으로 슬래그 용융온도와 점도를 활용하여 분류층 가스화기 운전가능 온도범위를 예측한다. 개발된 DooVisco를 활용하여 300MW급 실증 IGCC 플랜트에 사용가능성이 있는 석탄을 대상으로 슬래그의 용융온도 및 점도 등을 예측하였으며 최적 운전을 위한 슬form점도 조절용 Flux인 석회석 투입량 등을 평가하였다. 평가 결과 슬래그 용융온도가 $1700^{\circ}C$ 이상으로 석회석 투입이 필요하다고 판단되었다. 약 가스화기 내부 온도를 $1500^{\circ}C$ 정도에서 원활한 운전을 위해서는 석탄 대비 약 10% 내외의 석회석 투입이 필요할 것으로 평가되었다. DooVisco는 분류층 가스화기 설 계시 가스화기 최적 운전 온도 설정 및 Flux 투입필요성, 종류, 투입량 선정에 활용될 수 있을 뿐만 아니라 플랜트 운전시 석탄의 탄종 적합성 등을 판단하는데 활용될 수 있을 것이라 판단된다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제36권8호
• /
• pp.865-871
• /
• 2012

최근 고유가와 천연가스 수요 상승에 따른 가격 상승으로 인하여 상대적으로 낮은 가격의 석탄을 이용한 에너지 생산이 주목을 받고 있다. IGCC를 비롯한 석탄가스화 분야는 오래전부터 청정화석연료를 이용한 유망한 기술로 각광받아 왔었다. 본 연구에서는 이러한 석탄가스화 기술을 이용하여 합성천연가스를 생산하는 실제 프로젝트 개발단계에서 석탄가스화기 선정을 위한 기술적 검토를 수행하였다. 합성천연가스 생산에 적합하다고 판단되는 가스화기로써 고정층 슬래그 가스화기, 습식 분류층 가스화기, 건식 분류층 가스화기를 검토 대상으로 선정하여 연구를 진행하였다. 선정된 가스화기별 주요 공정 특징 및 성능에 대하여 검토하였으며, 종합검토내용을 토대로 합성천연가스 생산시 석탄가스화기 선정방향에 대하여 제시하였다.