탄소중립 에너지원 구현을 위한 석탄-암모니아 혼소특성 분석 및 보일러 모델연구
Analysis of Coal-Ammonia Mixed Firing Characteristics and Evaluation of Boiler Influence for the Implementation of Carbon Neutral Energy Source
- 주제(키워드) 표준석탄 화력 , 암모니아 혼소 , 접선연사식 보일러 , DTF , CFD
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 이주연
- 발행년도 2024
- 학위수여년월 2024. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 과학기술정책학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000034016
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
석탄(Coal)은 산업혁명 시기부터 풍부한 매장량과 안정적인 에너지 출력을 바탕으로 근대시대 최고의 에너지원으로써 주목받았으며, 오늘날 현대사회 기술 개발의 밑거름이 되어주었다. 하지만 현재 석탄, 석유등 탄소 기반 자원의 사용량 증가로 인해 지구온난화 같은 기후변화로 이어지고 있으며, 해수면상승, 평균온도 증가 등으로 인한 피해가 전 세계적인 현상으로 일어나고 있다. 이에 전 세계의 국가들은 탄소중립을 위해 노력하고 있다. 현재 우리나라는 탄소중립 이행을 위해 COP26 동참, Net Zero 공약, 산림소실 및 토지 황폐화 중단선언, 글로벌 메탄 감축 서약 등 정치적인 방법과 더불어 CCUS, 석탄 화력 암모니아 혼소, 수소 터빈 개발과 같은 기술적 연구개발을 병행하여 진행하고 있다. 본 논문의 목적은 석탄 화력발전소의 암모니아 혼소특성을 분석하고 보일러 모델 연구를 통해 암모니아 혼소를 위해 선정된 유동층보일러, 1,000MW급 미분탄 보일러가 아닌 Retrofit 과정을 거쳐 수명이 연장된 접선분사식 보일러의 암모니아 혼소특성 및 보일러 영향성을 파악하기 위함이다. 본 논문에서 적용한 방법론 및 이론은 암모니아를 Lab-Scale에서의 석탄 연소기를 통한 테스트를 시행하여 데이터를 취득 후, 결과를 CFD로 컴퓨터 모델링화 시킨 실제 보일러 모델에 적용하여 결과를 검증하는 절차로 진행하였다. 검증 시행 결과 기존 실험 결과인 20% 혼소가 가장 적합하였으며 혼소비율을 50%까지 올려 추가적인 실험을 진행하였다. 본 논문이 가지는 의의는 무탄소 연료인 암모니아와 석탄의 혼소특성을 분석하여 Retrofit 과정을 거쳐 수명이연장된 접선연사식 보일러에 적용할 암모니아 비율, 주입 조건, 위치 등 다양한 조건별 보일러 영향에 대한 평가를 통해 온실가스 저감에 이바지하고자 한다. 주요 단어 : 표준석탄 화력, 암모니아 혼소, 접선연사식 보일러, DTF, CFD
more목차
제1장 서론 1
제1절 연구 배경 1
제2절 연구 동향 3
제3절 연구 목적 5
제4절 석탄 및 암모니아의 특성 6
제2장 국내외 기술개발 현황 9
제1절 해외 기술개발 현황 9
제2절 국내 기술개발 현황 12
제3장 연구방법론 14
제1절 연구방법론 14
제2절 Lab-Scale 층류 반응기 연소실험 및 결과 16
1. 기초물성분석 16
2. Lab-Scale 층류반응기 22
3. Lab-Scale 층류반응기 연소실험 조건 28
제3절 CFD 전산해석 모델링 및 조건 31
1. 보일러 3차원 형상 및 격자 31
2. 지배방정식 33
3. 경계조건 43
제4장 결과 46
제1절 층류반응기 연소실험 결과 46
제2절 보일러 모델 전산해석 결과 타당성 검증 53
제3절 혼소시 주입 위치에 따른 보일러 내부 특성 비교 54
제4절 암모니아 혼소율에 따른 보일러 내부 연소성 비교 61
제5절 암모니아 50% 혼소시 Air-Staging과 암모니아 주입방법에 따른 결과 비교 64
제5장 결론 69
제1절 연구 요약 69
제2절 연구 한계점 및 향후 연구 71
참고문헌 72
Abstract 75
