DTF를 이용한 탄종별 탈휘발 특성 및 촤 연소특성에 관한 실험적 연구

Abstract

국내에서 발전연료로 사용되는 석탄은 수입국, 수입탄종, 수입량 모두 증가되는 추세에 있으며, 이러한 상황에서 발전용 연료인 석탄의 수급이 매우 중요한 문제로 대두되고 있다. 특히, 최근에는 석탄소요량 증가와 세계 석탄시장 여건변화 등으로 인해 과거와 같이 양질의 석탄을 안정적이고 저렴한 조건으로 수급하는 것이 점점 어려워지고 있다. 이러한 국내 석탄 수급상황을 고려할 때 향후에는 발전설비 설계조건에 적합한 석탄을 수입하기는 매우 어려워질 것으로 예상되며, 기존에는 고려하지 않았던 규격을 벗어난 석탄까지도 수입해서 사용해야 하는 불가피한 상황이 발생할 가능성이 점차 높아지고 있다. 그러므로 발전설비의 최적 연소조건 유지 및 안정적 설비운영을 위해서는 연소실험을 통한 탄종별 특성을 잘 이해하고 이에 적절한 대응력을 갖추는 것이 매우 중요하게 되었다. 따라서 본 연구는 역청탄, 아역청탄 그리고 두 탄을 8:2 비율로 혼합한 혼탄을 DTF 장치를 이용하여 탈휘발 반응 특성을 연구 하였고, 탈휘발 반응 특성에 사용한 석탄을 완전히 휘발분을 제거한 후 마찬가지로 DTF 장치를 이용하여 연구하였다. 탈휘발 반응 실험 시 온도는 600℃, 800℃, 1000℃, 1200℃, 1400℃ 체제시간은 0.377~2.6s로 변화시켰고 first order reacton, ash tracer method를 사용하여 탈휘발 반응율 특성을 구하였다. 촤 산화 실험 시 온도는 700℃, 800℃, 900℃, 1000℃, 1100℃ 체제시간은 0.367~2.982s로 변화시켰고 nth-order rate equation, ash tracer method를 사용하여 촤 산화 반응 특성을 구하였고, 가스 측정기를 사용하여 가스 농도를 측정하였다.

In Korea, the amount of coals used for power generation has been increased in regards to the importing countries, diversity of coals, even the volume. For this reason, the supply and demand of coals became the most significant issue in the industry fields. Particularly, unlike in the past, increase in demand of coals leaded high quality of them not to be available with stable and reasonable price. When considering these problems, importing coals suitable for the design of power plants would be getting hard, and even we will have no choice but to unavoidably import inappropriate kinds of coals that we did not have to consider in the past. In preparation for this, it would be important to understand the characteristics of each type of coal through combustion experiments to properly operate the plants with optimal condition for combustion, which will make it possible to prepare for the problems. Therefore, the present study was conducted with bituminous coals, subbituminous coals, and the blend coals between the above ones with the ratio of 8:2 to investigate the characteristics of devolatilization process using drop tube furnace (DTF). The temperature of the experiment for the devolatilization reaction was varied from 600℃ to 1400℃ with the increase step of 200℃, and the residence time was also changed in the range of 0.377 to 2.6 second. The attribute of the devolatilization reaction rate was obtained by using the first order reaction, ash tracer method. The temperature of the experiment for char oxidation was from 700℃ to 1100℃ with the increase step of 100℃, and the residence time was varied from 0.367 to 2.982 second. The attribute of char oxidation rate was determined through using nth-order rate equation, ash tracer method, and the gas concentration was evaluated by a gas analyzer.