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CFD 해석을 통한 4종의 건식 분류층 석탄가스화기 설계개념 비교
윤용승 ( Yong Seung Yun ),주지선 ( Ji Sun Ju ),이승종 ( Seung Jong Lee ) 한국공업화학회 2011 공업화학 Vol.22 No.5
석탄가스화기는 석탄가스화복합발전과 석탄간접액화 공정에서 고효율을 얻기 위한 중요한 설비 중 하나이다. 현재 여러 종류의 석탄가스화기가 성공적으로 사용되고 있지만, 간단하면서도 신뢰도를 높일 수 있는 다양한 설계 변경이 가능하다. 건식 분류층 가스화기 4종류의 형태를 제시하고 이들을 체류시간, 가스화기 출구 합성가스의 온도, 합성가스 조성을 중점으로 비교하였다. 설계개념이 적정한지를 우선 파악하고자 반응을 배제한(cold-flow) CFD 해석을 먼저 수행하였고, 실제 가스화기 조건을 반영한 화학반응이 고려된(hot-flow) 해석을 수행하여 비교하였다. 가스화기 설계에 CFD를 적용하는 데는 슬랙의 거동과 슬랙탭 설계 등 측면에서 제한적이기는 하지만, 다양한 설계개념 중에서 가능성이 높은 가스화기 형태의 범위를 좁히는 데 매우 유용하게 사용될 수 있다. Coal gasifier is a key component for achieving high efficiency in integrated gasification combined cycle and indirect coal liquefaction. Although there have been several successful coal gasifiers that were commercially proven, many different design configurations are still possible for a simple and reliable gasifier operation. Four different gasifier design concepts of dry-feeding were compared in terms of residence time, exit syngas temperature and syngas composition. First, cold-flow simulation was applied to pre-select the configuration concepts, and the hot-flow simulation including chemical reactions was performed to compare the concepts at more actual gasifier operating conditions. There are many limitations in applying CFD method in gasifier design, particularly in estimating slag behavior and slag-tap design. However, the CFD analysis proved to be useful in comparing the widely different gasifier design concepts as a pre-selection tool.
윤용승 ( Yong Seung Yun ),이계봉 ( Gae Bong Lee ),정석우 ( Seok Woo Chung ) 한국공업화학회 2003 공업화학 Vol.14 No.4
건식 석탄 가스화기로부터 발생하는 미량가스인 H_2S, COS, NH_3, HCN, 메탄 가스의 생성농도와 가스화기에서 배출되는 미립 비산재를 분석하여 가스화기 후단공정의 기본설계에 필요한 자료를 제시하였다. 가스화에 적합한 국내 수입탄 중 하나인 인도네시아 아다로탄을 가스화하고 물세정탑을 거친 결과, H_2S는 320~450 ppm, COS 30~40 ppm, NH_3 60~120 ppm, HCN 50~110 ppm, 메탄가스는 700~2800 ppm 범위로 발생하였다. 가스화기 온도 변화에 따른 미량가스들의 민감도를 측정한 결과 H_2S와 COS, MH_3는 온도변화에 큰 변화가 없었으나 메탄농도는 가스화기 온도에 매우 민감하였다. 따라서, 메탄농도를 가스화기 내부온도를 간접 측정하는 변수로 활용이 가능하며, 3가지 다른 분석기기를 사용하여 메탄농도의 온도에 대한 반응성을 비교한 결과 모두 동일한 경향과 수치를 나타내었다. 가스화기 후단으로 비말동반되는 비산재의 양은 투입시료량의 1.2%였으며 탄소함량은 71~77%에 달하였고 탄소전환율 0.87%의 손실에 해당하였다. 비산재의 형태는 여러 작은 입자들이 일부 용융되어 엉겨있는 모양으로서, 가스화설비의 후단 집진설비 설계시 수 ㎛ 이하의 입자가 많이 발생될 수 있는 점에 대비가 필요함을 보여주고 있다. Through the measurement of trace gas concentrations and fines that were produced from the dry-feeding coal gasifier, basic design parameters for a future gasification process were provided. As for the gasification, Indonesian Adaro coal was chosen and yielded the following trace gas compositions after water scrubber: 320~450 ppm of H_2S, 30~40 ppm of COS, 60~ 120 ppm of NH_3 , 50~110 PPm of HCN, and 700~2800 ppm of methane. Effect of gasifier temperature on the concentration changes of trace gases, H_2S, COS, and NH_3, were insignificant, whereas methane concentration exhibited sensitive behavior upon the temperature variation. Therefore, methane concentration can be used as an indirect parameter to estimate the gasifier temperature. When three different analytical tools were employed to determine the methane concentration as a function of the temperature variation, ail three tools demonstrated simiㅣar trends and values. Amount of entrained fines from the gasifier was 1.2% of the feeding coal. Carbon contents in fines were analyzed as 71 ~ 77%, which attributed 0.87% to carbon conversion losses. Fines showed the shape of intertwined aggregates with several smaller particles that were partly melted; and thereby, in the basic design of a particulate removal facility after the gasifcation system required a method to remove particles, less than a few ㎛ size, that maybe produced.
윤용승(Yun, Yong-Seung) 한국신재생에너지학회 2005 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2005 No.11
석탄가스화는 화석연료인 석탄을 기존의 공해물질 발생을 90% 이상 줄이면서 고효율로 활용할 수 있는 방법이다. 3톤/일급 pilot급 석탄가스화 설비에서 생산된 CO와 수소가 주성분인 합성가스를 소형 LPG 엔진과 중형 천연가스 엔진에 연계시켜 발전시스템을 구성하였으며 전기생산까지 구현하였다. 합성가스의 고온 집진과 탈황을 자체기술로 구현하여 합성가스내 H₂S와 COS 성분들을 1 ppm 이하 정제와 99% 이상의 고온집진 효율을 확인하였다. 선진국들의 설비 규모에 비해서는 극히 열세인 국내 현황이지만, 고온고압의 석탄가스화로부터 탈황과 집진, 전기 생산까지 전 과정을 pilot 설비규모에서 실증하는 성과를 얻었으며 향후 전체 시스템의 최적화와 연속운전 기술의 개발로 이어진다면 중소형 석탄가스화 부분에서는 선진국과 차별화된 틈새시장 실용화 기술의 확보가 가능할 것이다.
생물화공 에너지 / 환경 : 중잔유의 500MW 급 가스화 복합발전 적용 성능 평가
이승종(Seung Jong Lee),윤용승(Yong Seung Yun),유진열(Jin Yeol Yu),서인준(In Joon Seo) 한국화학공학회 1999 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.37 No.5
As a way to evaluate the performance of the IGCC process with fuels from petroleum refineries, heating values of the raw gas as well as the plant efficiency were simulated by employing the static process simulation technique. Fuels chosen were visbreaker residue, butane asphalt and a asphalt from one Korean refinery. In order to verify the simulation technique, simulated results of a visbreaker residue were compared first with the actual demonstration plant data published from Shell Co. and then the simulation technique was applied to the cases of other fuels, butane asphalt and a Korean refinery asphalt. At the gasifier temperature of 1,300℃, simulation results showed that the heating value of raw gas produced from residual oils was in the range of 2,750-2,800 ㎉/㎥ with the plant efficiency over 43%. The results exhibit the technical and economical viability of using heavy residual oils from petroleum refineries as successful fuels in IGCC power plants.