국내 석탄화력발전소 석탄회 중 희유금속 가치 평가

박석운,김재관,이형범,서연석,홍준석,이현동,Park, Seok-Un,Kim, Jae-Kwan,Seo, Yeon-Seok,Hong, Jun-Seok,Lee, Hyoung-Beom,Lee, Hyun-Dong 한국자원리싸이클링학회 2015 資源 리싸이클링 Vol.24 No.4

국내 석탄화력발전소 11곳의 석탄회(비산재, 바닥재 및 매립회) 및 매립장 상등수를 채취하여 희유금속의 함량분포를 살펴보았다. 주요 전략광물인 이트륨(Yttrium) 및 네오디뮴(Neodymium)의 경우 약 23 ~ 75 mg/kg 범위로 나타났으며 별도의 회수기술 개발에 대한 가치가 충분한 것으로 판단되었다. 연간 발생하는 비산재 및 바닥재와 더불어 매립회의 양을 감안하면 국내 석탄화력발전소가 보유하고 있는 희유금속은 약 1.67조 원의 가치가 있는 것으로 조사되어 도시광산으로서 충분한 경제적 가치가 있는 것으로 판단된다. The content distributions of some rare metals and rare earthe metals in coal ash (fly ash, bottom ash and pond ash) and leachate from coal-fired power plants were investigated. In case of Yttrium (Y) and Neodymium (Nd) which were strategic critical elements, their contents were ranged from about 23 ~ 75 mg/kg and it is shown they are worth to be developed for the recovery and separation method. Considering the annual amount of fly ash and bottom ash and pond ash, coal-fired power plants have great value of about 1,670 billion KRW and it is regards they are worthy as urban mines.

변압기 절연유 중 PCBs 신속분석법 개발

박석운(Park Seok Un),남창현(Nam Chang Hyun),박현주(Park Hyun Joo) 대한전기학회 2008 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2008 No.11

PCBs는 잔류성유기오염물질(POPs) 중 하나로 변압기 절연유 등에 주로 사용되어 왔으나 환경 및 인체유해성이 밝혀짐에 따라 생산 및 사용이 금지된 물질로써 국내에서는 절연유 중 PCBs 분석이 전력산업과 변압기 절연유의 재활용 및 처리 분야에서 매우 중요한 문제로 대두되고 있다. 그러나 현행 폐기물공정시험방법은 분석절차가 까다롭고 고가의 분석비용이 소모되며 고도로 훈련된 분석인력이 필요하다. 이에 본 연구에서는 보다 저렴한 비용으로 신속하게 PCB를 분석할 수 있는 간이분석법을 개발하고자 하였다. 현행 폐기물공정시험 방법에 대한 기술적 검토를 수행하여 복잡한 전처리 절차를 축소하고 번거로운 정성 및 정량작업을 간소화한 결과, 분석비용은 약 1/2, 분석시간은 약 1/3로 줄일 수 있었다. 본 연구에서 개발한 간이분석법을 현행 공정시험법과 적절히 병행하여 사용 할 경우 폐변압기의 신속한 분석이 가능하여 분석비용 절강에 따른 큰 경제적 효과가 있을 것으로 예상된다.

공단지역 주변 토양 중 PCBs 농도분포 및 발생원 추정에 관한 연구

박석운(Seok Un Park),김경수(Kyoung Soo Kim),김종국(Jong Guk Kim) 大韓環境工學會 2007 대한환경공학회지 Vol.29 No.5

PCBs의 오염정도 파악과 발생원 추정을 위해 다양한 발생원이 밀집한 시화 공단지역을 중심으로 8개의 토양시료를 채취·분석하였다. 토양 중 PCBs의 농도는 2.43∼274 ng/g dry(0.116∼60.5 pg WHO-TEQ/g dry)의 범위로 검출되었고, 배가스 시료는 48.6∼2,872 ng/m3(0.00150∼15.2 ng WHO-TEQ/m3)의 범위로 조사되었으며, 이는 기존의 연구결과와 비교적 유사한 수준인 것으로 나타났다. 토양 중 PCBs의 동족체분포는 시료마다 다양한 패턴을 보였으나, 동족체 중 이성질체분포는 매우 유사한 경향을 나타내었다. 토양시료에 대한 발생원 추정을 위해 주성분분석을 수행한 결과 누적부하량이 95.7%인 주성분 1, 2를 추출할 수 있었다. 또한 Aroclors와 배출가스의 이성질체패턴 비교결과를 토대로 토양시료의 주성분분석 결과를 해석한 결과, 연소공정보다는 제품 PCBs에 의한 영향이 많은 것으로 추정되었고, 토양 중 PCBs의 많은 부분을 기존의 발생원인 제품 PCBs와 연소공정으로 설명할 수 있었다. To investigate the relationship between PCB sources and concentration level in soil, PCBs concentration of 8 soil samples around Shiwa industrial complex were measured. The concentration of PCBs in soil samples were ranged from 2.43 to 274 ng/g dry (0.116 to 60.5 pg WHO-TEQ/g dry) and off-gas were ranged from 48.6 to 2872 ng/m3(0.00150~15.2 ng WHO-TEQ/m3); these are similar levels with results of previous study in Korea. The homologue patterns in soil samples were varied from sample to sample, but isomer patterns were very similar with each other. The two principal components were extracted by Principal Component Analysis(PCA) of 8 soil samples and cumulative factor loading was 95.7%. As the result of PCA, it could be expected that PCBs in soil samples of this study were more affected by PCB products than combustion process and mostly affected by already-known sources.

Platinum Precursor 특성에 따른 Pt/TiO₂ 촉매의 SO₂ 산화 반응특성 연구

김재관 ( Jae Kwan Kim ),박석운 ( Seok Un Park ),남기복 ( Ki Bok Nam ),홍성창 ( Sung Chang Hong ) 한국공업화학회 2020 공업화학 Vol.31 No.4

본 연구에서는 SO₂를 제어하기 위한 산화 촉매에서 platinum (Pt)을 활성금속으로 하는 촉매의 반응특성에 관한 분석을 수행하였다. Titania (TiO₂) 지지체에 다양한 precursor 형태의 Pt를 사용하여 Pt/TiO₂ 촉매를 제조하여 실험에 사용하였다. Pt/TiO₂ 상의 Pt²⁺ 또는 Pt⁴⁺와 같은 Pt valence state에 따른 SO₂ 산화의 성능 차이는 나타나지 않으며, PtCl_x과 같은 Pt chloride species는 전체적으로 SO₂ 산화 성능을 감소시킨다. 또한, XPS 분석을 수행하여 SO₂ 산화 반응 전/후의 촉매 상의 valence state를 분석한 결과 SO₂ 산화반응 이후 lattice oxygen의 감소 및 surface chemisorbed oxygen의 증가를 확인 할 수 있다. 따라서 Pt/TiO₂ 촉매의 SO₂의 산화 반응은 PtOx에 해당하는 lattice oxygen의 반응과 oxygen vacancy에 의한 산화-환원 반응이 진행되는 Mar-Van Krevelen 메커니즘이 주요한 SO₂ 산화 반응임을 판단할 수 있으며, 이러한 결과를 통하여 촉매 상에 존재하는 PtOx (Pt²⁺ 또는 Pt⁴⁺)의 oxygen species가 주요한 활성 site로 작용함을 확인할 수 있다. In this study, an analysis on the reaction characteristics of a catalyst using platinum (Pt) as an active oxidation metal catalyst for controlling SO₂ was performed. Pt/TiO₂ catalyst was prepared by using Pt as various precursor forms on a titania (TiO₂) support, and used for the experiment. There was no difference in performance of SO₂ oxidation according to Pt valence states such as Pt²⁺ or Pt⁴⁺ on Pt/TiO₂, and Pt chloride species such as PtClx reduces SO₂ oxidation performance. In addition, as a result of analyzing the valence state of the catalyst before and after the SO₂ oxidation reaction by XPS analysis, a decrease in lattice oxygen and an increase in surface chemisorbed oxygen after the SO₂ oxidation reaction were confirmed. Therefore it can be suggested that the oxidation reaction of SO₂ when using the Pt/TiO₂ catalyst is the major one following the Mar-Van Krevelen mechanism where the reaction of lattice oxygen corresponding to PtOx and the oxidation-reduction reaction by oxygen vacancy occur. Overall, it can be confirmed that the oxygen species of PtOx (Pt²⁺ or Pt⁴⁺) present on the catalyst acts as a major active site.

탄화도별 발전연료의 자연발화 특성 평가

김재관(Jae-Kwan Kim),박석운(Seok-Un Park),정재혁(Jae-Hyeok Jeong),신동익(Dong-Ik Shin),홍준석(Jun-Seok Hong),홍진표(Jin Pyo Hong) 한국에너지학회 2017 에너지공학 Vol.26 No.3

저탄장 저급탄의 자연발화 방지기술 연구

신동익(Dongik Shin),박석운(Seok-un Park),장지훈(Jihoon Jang),김재관(Jae-kwan Kim),엄태인(Tea-In Ohm) 한국화재소방학회 2022 한국화재소방학회 학술대회 논문집 Vol.2022 No.추계

자연발화(Spontaneous Ignition)는 외부에서 착화원이 없는 상태에서 자발적으로 발열 및 열 축적으로 발화점에 도달함으로써 연소가 일어나는 현상으로 주변 대기유동 및 환경조건의 영향에 따라 발화 특성이 크게 달라질 수 있다. 발전소 저탄장에 저장된 석탄의 경우, 대기 중 수분 및 산소와의 접촉으로 발생한 열은 석탄 표면과 내부 층에 축적되어 자연발화를 일으킨다. 실제 보관 중 자연발화가 발생한 아역청탄 계열의 Berau 및 Flame탄의 발화 연기를 포집하여 Gas Chromatography를 이용해 가스의 종류 및 농도를 분석한 결과 40여 종의 휘발성 유기화합물이 검출되었으며 이러한 불완전 연소가스의 악취로 인한 민원이 지속적으로 접수되고 있다. 그러므로 자연발화의 특성에 대한 이해를 통해 저탄장(Coal pile)에서 발생하는 자연발화에 대한 저감기술의 적용이 이루어져야 한다. 본 연구에서는 고 미연분 석탄회를 활용한 자연발화 방지제(Inhibitor) 및 배합⋅분사 시스템을 개발하여 Lab.급, Pilot급의 실험을 거친 뒤, 운영 중인 발전소 저탄장 현장 실험을 통한 성능평가를 진행하였다. 방지제는 석탄 파일 표면에서 경화되어 대기 중 산소와 수분이 파일 내부로 침투되는 현상을 차단하여 산화반응을 억제하는 원리로 작용한다. 너비 40m, 높이 12m, 길이 20m 석탄 파일의 경사면에 3m × 3m 격자를 따라, 각 격자점에 0.1m, 0.5m, 1.0m 깊이에 온도센서(총 108개)를 설치하였으며, 2,240㎡ 면적에 자연발화 방지제를 도포하고 나머지 영역은 미 도포하여 각각의 데이터를 취득하였다. 자연발화 방지제 도포 후, 약 45일 동안 온도 데이터를 취득하여 시간별 온도변화와 도포 여부에 따른 온도 상승률 차이를 관찰함으로써 발화방지제의 효과를 검증하였다. 방지제를 도포하지 않은 경우, 외부 공기는 주로 바닥면과 석탄 파일이 접한 공극률이 큰 부근으로 유입되기 시작하며, 내부에서 화학반응으로 발생한 산화열이 정체되어 바닥으로부터 높이 4m의 경계면 내부에서 0.46~0.56℃/min(45일간 45℃)의 최대 온도 상승률을 보였다. 반면, 방지제가 도포된 영역은 산소 및 수분의 침투를 억제함으로써 초기 석탄 파일의 온도가 35일 이상 유지되었으며, 45일의 총 시험 기간 동안 4℃ 상승에 그쳐 95% 이상의 발화 방지 효과를 보이는 것으로 검증되었다.

발전소 옥외저탄장 자연발화에 대한 수치 해석적 연구

장지훈(Jihoon Jang),박석운(Seok-un Park),신동익(Dong-ik Shin),김재관(Jae-kwan Kim) 한국화재소방학회 2022 한국화재소방학회 학술대회 논문집 Vol.2022 No.추계

국내 석탄화력 발전소는 역청탄과 함께 고 수분 및 고 휘발분을 포함하는 저등급 아역청탄을 혼소하는 방법으로 운영하고 있다. 아역청탄은 저탄장에 하역 후 1~3개월을 보관하여 사용하고 있으며, 발전소 1개 본부의 저탄현황 조사결과, 보관된 전체 탄 중 50% 이상의 탄종에서 자연발화가 발생하고 있음을 확인하였다. 석탄의 자연발화로 인해 저탄장 주변 대기로 유해가스(CO, HC, 합성가스 등)를 배출하고, 연소로 인해 연료의 고유열량이 손실(~5.85%) 되기 때문에 이를 방지하기 위한 체계적인 관리가 필요하다. 본 연구에서는 석탄의 자연발화에 영향을 끼치는 주요 변수를 분석하여 상관관계를 도출하였으며 이를 지배방정식에 적용하여 전산해석을 위한 모델링을 수행하였다. 저탄의 물리적 특성 및 탄 성상에 따른 화학적 특성, 외부변수 등을 전산해석의 초기/경계 조건으로 설정하여 실제 발전소 저탄장의 운영조건에서의 자연발화 예측 및 현장 계측 데이터를 통한 검증을 수행하였다. 저탄장에서의 자연발화 현상은 석탄과 산소의 화학반응으로 방출되는 열과 수분에 의한 습윤열, 태양으로부터 도달하는 복사열 등이 저탄파일 내부에 축적되어 발생한다. 주요 인자는 저탄장의 수분 및 바람, 석탄의 입도 및 공극률, 저탄높이, 저탄각 등으로, 개발한 예측모델에는 날씨에 따른 대류열전달 및 산화제의 저탄파일 외부⋅내부에서의 유동특성을 모사하기 위해 난류(Turbulence), 에너지(Enthalpy) 방정식, 수분에 따른 효과 및 석탄의 화학반응을 고려하기 위해 화학종 전달(Species transport) 방정식을 적용하였으며, 석탄의 성상, 입자크기, 공극률 등은 저탄 파일(Pile) 내부를 다공성 매질(Porous material)로 모델링하여 물리적 특성을 반영하였다. 저탄 파일의 형상(높이, 형태, 2/3차원), 대기온도(계절, 일교차), 풍속, 상대습도, 탄종별 특성(Specific heat, Conductivity, Diameter, Porosity)에 대한 Parametric Study를 통해 화학 반응률(Reaction rate)에 대한 영향성을 평가하고, 각 지배방정식의 Correlation 및 Coefficients를 도출하였다. 도출된 모델을 활용한 입고탄의 저장기간(~120일), 저탄장 운영환경에서의 자연발화 전산해석을 수행하였으며, 예측결과를 현장계측 데이터와 비교하였다. 그 결과, 자연발화 취약 위치(Pile 경계면 하부 1/3 지점) 예측결과 및 취약 위치에서의 승온률(예측:0.123℃ /hr, 실제:0.129 ℃/hr) 비교에서 96% 이상의 정성적⋅정량적 예측 정확도를 보이는 것으로 검증되었다. 대상 발전소에서는 본 연구를 통해 도출된 자연발화 예측모델을 호기별 혼탄 계획 수립 및 입고탄 관리시스템에 적용⋅활용 할 계획이다.

이성질체 유형과 주성분 분석 비교를 통한 소각시설 주변 토양 중 다이옥신 발생원 추정과 오염특성 해석

정미정 ( Mi-jeong Jeong ),박석운 ( Seok-un Park ),원찬희 ( Chan-hee Won ),김종국 ( Jong-guk Kim ) 한국환경기술학회 2005 한국환경기술학회지 Vol.6 No.2

본 연구에서는 소각시설 주변 토양 중에서 검출된 다이옥신의 발생원을 추정하고 오염특성을 해석하기 위하여 이성질체 유형 분석과 주성분 분석(PCA; Principle component analysis)결과를 비교 검토하였다. 소각시설 주변 토양 중 다이옥신 농도는 0.043∼7.537pg I-TEQ/g dry (총 24개 지점, 평균 2.0 pg I-TEQ/g dry)로 조사되었다. 토양에서 검출된 다이옥신의 이성질체 유형을 분석한 결과, 소각 시설 배출가스의 영향을 받은 것으로 판단된 지점이 1개 지점이었고 농약성분인 PCP(pentachlorophenol)의 영향이 있는 것으로 나타난 지점은 4개이었다. 한편 주성분 분석 결과에서는 1개 지점이 소각시설의 영향을 받았고, 5개 지점이 PCP의 영향을 받은 것으로 나타났다. 두 가지 해석 방법을 비교한 결과, 4개 지점에서 오염원이 일치하는 결과를 나타내었다. 따라서 이들 방법을 병행하는 것이 토양 중 다이옥신의 오염특성을 해석하는 있어 단일 방법을 사용하는 것보다 객관적이며, 오염원 해석에서 발생하는 오차를 보완할 수 있을 것으로 판단된다. The aims of this study is to estimate sources of PCDD/Fs by comparing PCA with result of isomer profile analysis and to grasp the contamination level of PCDD/Fs. PCDD/Fs concentration in soil was 0.043~7.537pg I-TEQ/g dry (average 2.0 pg I-TEQ/g dry). As a result of isomer profile analysis, it is showed that 1 site was influenced by incinerator and 4 sites by PCP. PCA result shows that 1 site was influenced by incinerator and 5 sites by PCP. Through comparison of these two results, it is showed that sources of 4 sites were coincided. Therefore, using PCA and isomer profile analysis simultaneously can reduce an error in source estimation and show more objective result in pollution property of PCDD/Fs.

공단지역 대기 중 PCBs의 오염농도 및 발생원 추정

김경수(Kyoung Soo Kim),송병주(Byung Joo Song),박석운(Seok Un Park),김종국(Jong Guk Kim) 大韓環境工學會 2005 대한환경공학회지 Vol.27 No.4

400MWe 급 중유 보일러의 단계적 연소에 의한 NOx 저감 특성에 관한 수치 해석적 연구

강명수(Myung Soo Kang),정효재(Hyo Jae Jeong),황정호(Jungho Hwang),박석운(Seok Un Park),이현동(Hyeon Dong Lee),김종하(Jong Ha Kim),배동광(Dong Kwang Bae) 한국연소학회 2015 KOSCOSYMPOSIUM논문집 Vol.2015 No.5