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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 류창국
- 발행연도
- 2018
- 저작권
- 성균관대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수5
이 논문의 연구 히스토리 (4)
2018
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화석연료의 고갈 및 환경오염에 대비하여 바이오매스 및 폐기물 연료로 대체하는 신재생연료 발전시스템 관련 시장이 크게 확장되고 있으며 국내의 경우 2012년 RPS(Renewable Portfolio Standard)제도 시행이후 신재생연료 전용발전 시장이 늘어나고 있다. 바이오매스와 폐기물은 화석연료에 비해 발열량이 낮고 가연성분 이외에 포함된 ash성분에 의해 연소장애 현상이 보고되고 있으며 특히 염소(Cl)는 다른 화합물과 반응하여 배기가스로 배출되어 열교환부에 슬래깅, 파울링 및 고온부식 문제를 발생시킨다.
염소에 의한 고온부식을 방지하기 위하여 재료적, 구조적, 연료적 측면에서 그동안 많은 연구가 진행되어 왔지만 원천적인 문제를 해결하지 못하였다. 이를 해결하기 위해 유럽을 중심으로 첨가제를 이용한 고온부식 방지 기술이 많은 연구가 진행 중이다. 그중 sulfate계 첨가제는 가장 효율이 좋은 것으로 알려져 있고 상용급 설비를 개발하여 판매중이다. 하지만 국내에는 관련 기술에 대한 노하우와 전문가가 없어 외국의 기술을 도입해야하는 실정이다.
본 연구는 폐기물 및 바이오매스를 연료로 사용하는 소각설비에서 발생하는 고온부식을 방지하기 위하여 염화알칼리에 의한 과열기 튜브의 부식특성을 분석하고 sulfate계 첨가제인 Ammonium sulfate를 이용하여 50T/D 폐기물 보일러에 적용을 통해 첨가제의 성능평가 및 최적화 조건을 도출하기 위하여 수행되었다.
염화알칼리의 부식특성을 알아보기 위하여 염화알칼리의 양과 온도에 따른 과열기 튜브로 사용되는 5 종류의 시편의 부식특성을 알아보았다. 그 결과 온도에 증가에 따라 부식량이 증가하는 경향을 확인하였고 염화알칼리에 의한 부식가속화현상을 확인하였다. 또 KCl의 부식성이 NaCl보다 강한 것을 확인하였다.
50T/D 폐기물 보일러의 부식저감 실험은 연료의 염소농도에 대비하여 Ammonium sulfate투입량을 조절하여 배가스 와 Test probe를 이용하여 부식저감 성능을 측정하였다. 첨가제의 투입영향으로 첨가제가 다량으로 투입될 시 다량의 수분이 투입으로 인한 보일러의 온도하락의 영향으로 열효율 감소 및 후단설비의 문제점이 발생되었다. 염화알칼리의 전환율을 분석하기 위하여 배가스 내 HCl을 측정한 결과 S/Cl ratio가 증가함에 따라 HCl이 증가하는 경향을 나타내었다. 투입위치는 750℃보다 800℃에서 염화알칼리의 높은 전환율을 보였다. Test probe의 결과 첨가제 투입에 따른 Ash의 deposition 량이 최대 78% 저감되었다. 또한 튜브의 주변온도가 높을수록 부식량이 증가하는 경향을 나타내었고 S/Cl ratio 증가에 따라 부식률이 낮아지는 것을 확인하였다. 재질의 특성은 대체로 Cr의 함량이 높은 재질의 내부식성이 높은 것으로 나타났다.
염소에 의한 고온부식을 방지하기 위하여 재료적, 구조적, 연료적 측면에서 그동안 많은 연구가 진행되어 왔지만 원천적인 문제를 해결하지 못하였다. 이를 해결하기 위해 유럽을 중심으로 첨가제를 이용한 고온부식 방지 기술이 많은 연구가 진행 중이다. 그중 sulfate계 첨가제는 가장 효율이 좋은 것으로 알려져 있고 상용급 설비를 개발하여 판매중이다. 하지만 국내에는 관련 기술에 대한 노하우와 전문가가 없어 외국의 기술을 도입해야하는 실정이다.
본 연구는 폐기물 및 바이오매스를 연료로 사용하는 소각설비에서 발생하는 고온부식을 방지하기 위하여 염화알칼리에 의한 과열기 튜브의 부식특성을 분석하고 sulfate계 첨가제인 Ammonium sulfate를 이용하여 50T/D 폐기물 보일러에 적용을 통해 첨가제의 성능평가 및 최적화 조건을 도출하기 위하여 수행되었다.
염화알칼리의 부식특성을 알아보기 위하여 염화알칼리의 양과 온도에 따른 과열기 튜브로 사용되는 5 종류의 시편의 부식특성을 알아보았다. 그 결과 온도에 증가에 따라 부식량이 증가하는 경향을 확인하였고 염화알칼리에 의한 부식가속화현상을 확인하였다. 또 KCl의 부식성이 NaCl보다 강한 것을 확인하였다.
50T/D 폐기물 보일러의 부식저감 실험은 연료의 염소농도에 대비하여 Ammonium sulfate투입량을 조절하여 배가스 와 Test probe를 이용하여 부식저감 성능을 측정하였다. 첨가제의 투입영향으로 첨가제가 다량으로 투입될 시 다량의 수분이 투입으로 인한 보일러의 온도하락의 영향으로 열효율 감소 및 후단설비의 문제점이 발생되었다. 염화알칼리의 전환율을 분석하기 위하여 배가스 내 HCl을 측정한 결과 S/Cl ratio가 증가함에 따라 HCl이 증가하는 경향을 나타내었다. 투입위치는 750℃보다 800℃에서 염화알칼리의 높은 전환율을 보였다. Test probe의 결과 첨가제 투입에 따른 Ash의 deposition 량이 최대 78% 저감되었다. 또한 튜브의 주변온도가 높을수록 부식량이 증가하는 경향을 나타내었고 S/Cl ratio 증가에 따라 부식률이 낮아지는 것을 확인하였다. 재질의 특성은 대체로 Cr의 함량이 높은 재질의 내부식성이 높은 것으로 나타났다.
목차
제1장 서 론 11.1 연구 배경 11.2 연구 목적 31.3 연구 방법 4제2장 과련 이론 및 기존연구 52.1 폐기물 이용기술 52.2 고온부식 92.3 고온부식 방지기술 122.4 첨가제를 이용한 고온부식 방지기술 142.5 Sulfate계 첨가제 19제3장 실험내용 및 방법 283.1 첨가제 선정 283.1.1 용해도 283.1.2 열분해 특성 분석 293.2 염화알칼리에 의한 시편의 부식 실험 343.2.1 시편의 종류 343.2.2 실험 방법 353.2.3 분석 방법 363.3 50T/D 폐기물 소각설비의 부식저감 실험 383.3.1 폐기물 383.3.2 50T/D 폐기물 소각 설비 393.3.3 첨가제 투입 설비 413.3.4 실험 조건 및 분석 방법 43제4장 결과 및 고찰 494.1 염화알칼리에 의한 시편의 부식 특성 494.2 50T/D 폐기물 소각설비의 부식저감 특성 534.2.1 첨가제 투입에 다른 보일러 운전영향 534.2.2 첨가제 투입에 다른 HCl의 거동 특성 544.2.3 첨가제 투입에 따른 ash 거동 특성 554.2.4 첨가제 투입에 따른 시편의 부식 특성 584.3 첨가제에 의한 NOx 저감 특성 60제5장 결 론 62참고문헌 64부록 68Abstract 77
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