석탄 시료 및 주입조건 변화에 따른 가스화 특성 모사 연구

Abstract

현재 국내 전력 생산량의 30% 이상을 미분탄화력발전이 차지하고 있으나 온실가스 배출이라는 큰 문제점을 지니고 있다. 2007년 12월 발리에서 열린 13차 유엔기후변화협약 총회에서 모든 국가가 온실가스 감축 협상에 참여한다는 ‘발리 로드맵’을 채택함으로서 2013년부터 우리나라를 비롯한 모든 국가가 온실가스 감축에 동참해야하는 현 상황에서 중요한 문제이다. 이에 그 대안으로 미분탄화력발전보다 효율이 우수하여 발전전력량대 온실가스 배출량이 적은 석탄가스화복합발전이 각광받고 있고 현재 국내에서는 300MW급 석탄가스화복합발전 실증화 플랜트가 건설 중에 있다. 특히 석탄가스화복합발전에서는 석탄의 종류와 가스화기의 형태에 따라 가스화 특성이 다르게 되는데, 실험으로 그 특성을 파악하는 것에는 비용적인 문제가 있다. 이에 본 연구에서는 석탄 시료 및 주입조건 변화에 따른 가스화 특성을 전산모사 하였다. 공정의 구성은 현재 상용화된 Shell사와 Texaco사의 석탄가스화 플랜트 공정을 기반으로 상용 화학공정모사 프로그램인 AspenPlus를 이용하였다. 공정은 크게 석탄 전처리 공정, 석탄 가스화 공정으로 구성된다. 석탄은 일리노이 #6 탄, 다동탄, 키데코탄의 3 종으로 구성하였고 석탄 공급방식은 건식과 습식 공급방식을 선택하였다. 또한 석탄 투입량은 각 석탄의 발열량(dry basis)을 기준으로 가스화기로 들어가는 열량이 시간당 2,664,000 MJ이 되도록 88,820 kg/hr, 105,812 kg/hr, 115,066 kg/hr로 정하였다. 투입된 석탄은 건식과 습식의 방법으로 가스화기에 투입되고 그 후 주성분이 일산화탄소와 수소인 합성가스가 생성된다. 전산모사를 통해 건식, 습식의 공급 방식에서 각 석탄별로 산소/석탄(슬러리) 질량비를 변경하면서 가스 생성 특성을 알아보았고 냉가스효율을 극대화하는 산소/석탄(슬러리) 질량비와 T250 달성 질량비를 얻었다. 그러나, 두 질량비에 차이가 존재하고 전산모사 결과라는 단점을 고려하여 추후 두 가지 질량비 사이에서 실제 플랜트를 운전하면서 적정하고 타당한 값을 찾을 필요가 있겠다.