There is growing concern over the effects of global warning. In response, the power generation sector must consider a wider range of systems and fuels to generate power. One of the classes of solid fuels that is being increasingly developed is biomass. However, one of the most serious problems that biomass plants face is severe corrosion. To mitigate the problem, various approaches have been proposed in terms of additive utilization. This study is based on the results obtained during the co-combustion of wood chip and waste wood in a circulating fluidized bed boiler (CFBC boiler). The KCl concentration was reduced from 59.9 ppm to 3.9 ppm during the injection of ammonium sulfate, and NOx was reduced by 25.5 ppm from 30.6 ppm to 5.1 ppm. However, SOx increased by 110.2 ppm from 33.2 ppm to 143.4 ppm, and HCl increased by 71.5 ppm from 340.5 ppm to 412.0 ppm. Thus, we confirmed that the attitude of the superheater tube was reduced by 87 ~ 93%, and the injection of ammonium sulfate was effective in preventing high-temperature corrosion.

The emission of nitrogen oxides has a great environmental impact. It leads to Los Angeles type smog, and it recently has attracted attention as a source of ultrafine dust. The main sources of nitrogen oxides are internal combustion engines and industrial boilers. These emission sources are processes that are essential for human industrial activities, so the regulation of original use is impossible. Therefore, special control methods should be applied to reduce NOx emissions into the atmosphere. In this study, we investigated how the supply of ER and urea influences the removal of nitrogen oxides from SRF combustion boilers. Experimental results show that the removal efficiency of nitrogen oxides can be up to 80% under the conditions of ER 2.0 and a urea feed of 0.5 LPM.

In this study, the combustion characteristics were investigated based on the biodrying solid recovered fuel (SRF) in a 5 Ton/day scale combustion boiler. The composition of the combustion gas containing the biodrying SRF was analyzed, the particulate matter, and its HCl content was determined with the air pollutant process test method. Mass balance, carbon balance, and combustion efficiency were calculated according to the equivalence ratio (ER) method; the energy recovery efficiency of the combustion boiler was also analyzed. The overall combustion efficiency of the biodrying SRF was 97.3 % and the energy recovery efficiency was 80.2%.

현재 국내 도시 생활쓰레기 및 산업쓰레기의 처리 시, 매립지 부족과 침출수 등으로 인한 2차 오염문제로 매립처리 방법은 우리나라에서는 적절치 않다. 하지만 쓰레기의 소각처리의 경우, 소각으로 인한 열작감량이 매우 크고 폐에너지 회수의 장점도 있기에 국내 쓰레기의 처리는 소각에 많이 의존하고 있다. 또한 국내 대체에너지의 목표치가 높아지는 상황에서 폐기물의 대체 에너지가 큰 역할을 해 주어야 한다. 폐기물 고형연료를 연소하는 과정 중에는 여러 문제점이 있는데, 설비의 고온 부식의 영향 및 연소로 내 국부적인 가열로 인한 설비의 파손, 연소로 내 불규칙적 유동현상으로 인한 연소 장애 등이 있다. 따라서 앞에서 말한 문제점들을 보안하며 보일러의 안정적인 운전 및 열효율 향상을 위해서는 기본적으로 연소로 내 유동현상을 정확히 예측할 수 있어야 한다. 이를 위해 우리는 상용화 되고 있는 50ton/day 이상 Stoker 보일러 현장 운전조건을 대입, Ansys CFD Fluent.18을 사용하여 시뮬레이션을 진행하였다. 연소로 내 열의 유동해석, 배출가스의 흐름 등을 예측하여 연소장애의 원인을 찾아보고 이에 맞는 대안을 찾기 위한 연구를 하였다.

인류의 문명이 점점 고화됨에 따라 부수적으로 폐기물 또한 증가하고 있는 실정이다. 최근 이러한 폐기물의 발생억제(reduce), 재사용(reuse), 재활용(recycle), 에너지자원화(recovery)에 국내를 비롯한 전 세계적인 노력이 활성화 되고 있다. 폐기물 에너지화(Waste to Energy, WTE) 기술이란 폐기물을 에너지 공급에 사용할 수 있는 다양한 연료로 전환시키는 기술이다. 도시에서 발생되는 고형폐기물(Municipal Solid Waste, MSW)을 활용한 발전보일러는 폐기물의 매립을 최소화하고, 환경 오염물질 배출을 감소시킬 뿐만 아니라, 전기나 증기와 같은 열에너지를 얻을 수 있어 각광 받고 있다. 하지만 MSW는 일반적으로 종이류, 플라스틱류, 고무류, 섬유, 가죽, 나무, 음식물 및 금속류 등 다양한 재료로 구성되어 있으며, 지역에 따라 구성요소 또한 차이가 난다. 이러한 다양 구성요소로 이루어진 MSW는 염소(Cl)등의 여러 가지 부식성 물질과 카드뮴(Cd), 납(Pb), 아연(Zn), 비소(As)등의 물질을 함유하고 있다. 이들 물질들은 연소 중에 서로 반응하여 염화물을 형성하여 탄소강 또는 Cr-Mo의 저합금강으로 제작된 페라이트계 보일러 튜브의 심각한 부식을 야기시킨다. SRF(Soiled Refuse Fuel) 연소 보일러의 열교환 장치(Water Wall Panel, Super Heater Tube, Economizer)를 염화물과 같은 부식성 물질로부터 보호할 필요가 있다. SRF 연소 보일러의 열교환 장치 표면을 각종 부식성 물질로부터 보호하기 위한 표면개질 방법에는 내열합금 오버레이 용접, 열융사 코팅, SiC-Epoxy 코팅, Castable 도포 등의 방법이 주로 사용된다. 본 연구에서는 SRF 연소 보일러 열교환 장치에 적용되는 내열합금 오버레이 용접을 중심으로 나머지 표면개질 방법과 비교하였다.

부식 현상은 발전소 및 대규모 난방가동시설 등의 각종 산업 현장에서 해결해야할 중대한 문제 중 하나이다. 특히 보일러 시스템의 높은 가동 온도 조건은 부식의 주된 원인으로 이러한 고온 부식 현상을 억제하기 위한 다양한 재료 및 방법들에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서 우리는 직접 개발한 세라믹 코팅을 현장 보일러 시스템에 적용하는 실험을 통해 보일러 가동조건에 따른 내부식성에 대해 고찰해보았다. 특히, 현장 보일러 시스템에 적용하는 연구를 통해 고온 환경에서의 내부식성 뿐만 아니라 연소 후 발생하는 각종 생성물에 의한 보일러 관 부착 현상에 대해서도 상대적으로 평가할 수 있었다. 또한, 세라믹 코팅의 내부식성에 대한 효과로 인해 발생하는 보일러 관의 수명연장효과(잔여 수명 분석)에 대해서도 정량적으로 분석하였다.

신재생 에너지의 활용 및 폐기물 순환을 통한 재활용에 주목하는 전세계적인 요구에 힘입어 바이오매스 및 생활환경 폐기물을 연료로 발전하는 SRF 발전에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히 화석연료의 고갈과 각종 폐기물의 증가로 SRF 발전에 대한 수요는 점차 증가할 것이라 예상된다. 다만, 정제된 화석연료의 사용 대신 각종 폐기물을 연로로 활용하기 때문에 이로 인해 발생하는 연소 생성물에 의해서 다양한 문제들이 발생되고 있다. 특히 보일러 시스템 내에서의 보일러 관에 각종 연소 생성물이 부착되는 파울링 현상은 연속 운전 시간 및 에너지 효율 측면에서 극복해야할 대표적 난제이다. 본 연구에서 우리는 현장에서 채취한 각종 소각재 및 파울링 현상으로 인해 발생하는 보일러 관 표면의 클링커에 대한 구성 물질 분석결과들을 통한 회귀분석과 동시에 시뮬레이션을 통해 각 구성 물질의 함량 변화에 따른 소각재 및 클링커의 녹는점 변화에 대해 분석하였다. 이를 통해 파울링 현상에 영향을 미치는 인자들을 구별하고 이에 따른 해결법을 제시하고자 한다.

In the past, the role of incineration facilities was mainly to reduce waste and stabilize disposed material. However, as a key aspect of waste management policy, the concept of “waste Minimization and sustainable resource circulation society” has become an issue, and the effective use of waste has been emphasized. As a result, to promote the recycling of wastes from January 1, 2018, the Framework Act on Resource Circulation has been implemented. In this study, estimation factors that can affect the increase of energy recovery are selected by reviewing the estimation method of industrial waste incineration facilities having a separate boiler; moreover, the effect of calculation factors on energy recovery was quantitatively evaluated. According to this study, when the heat loss, condensate temperature, and power consumption decrease by 10%, the energy recovery of the target facilities increase by 0.4% (0.22 ~ 0.63%), 1.09% (0.57 ~ 1.32%), and 1.16% (0.52 ~ 2.13%) on an average.

By the end of 2012, the recycled proportion of domestic waste tires was 287,330 ton (93.9%) of the amount of waste tires discharged (305,877 ton). The waste tires have been reused for heat supply, material recycling and other purposes; the proportions are 50.1%, 20.7% and 23.1%, respectively. In the case of heat supply, waste tires are supplied to cement kiln (104,105 ton, 68%), RDF manufacture facilities (47,530 ton, 31%) and incinerators (1,923 ton, 1%). Recently, there has been an increase in the use of waste tires at power generation facilities as an auxiliary fuel. Thus, physico-chemical analysis, such as proximate analysis, elemental analysis and calorific value analysis have been carried out to evaluate potential of waste tires as an auxiliary fuel in Korea. The LHV (Lower Heating Value) of waste tires is approximately 20% higher than that of coal, at an average of 8,489 kcal/kg (7,684 ~ 10,040 kcal/kg). Meanwhile, the sulfur content is approximately 1.5wt. %, and balance of plant (e.g. pipe line, boiler tube, etc.) may be corroded by the sulfur. However, this can be prevented by construction and supplementation with refractories. In this study, TDF (Tire Derived Fuel) produced from waste tires was co-combusted with coal, and applied to the CFB (Circulating Fluidized Bed) boiler, a commercial plant of 100 tons/day in Korea. It was combined with coal, ranging from 0 to 20wt. %. In order to determine the effect on human health and the environment, gas emission such as dioxin, NOx, SOx and so on, were continuously analyzed and monitored as well as the oxygen and carbon monoxide levels to check operational issues.

보일러 시스템에서의 부식 현상은 다양한 산업 분야에서 중대한 문제 중 하나로 인식되어왔다. 부식에 주된 원인으로는 높은 온도와 염소 가스와 같은 부식을 촉진시키는 특정한 가스인자들을 꼽을 수 있다. 많은 연구자들은 부식 현상을 억제하기 위한 재료 개발과 방법들에 대해 주목해서 연구해왔지만 각각의 내부식방법들을 비교 분석한 연구 사례는 흔치 않다. 이번 연구에서 우리는 보일러 시스템 고유의 온도 및 가스 조건을 구현할 수 있는 장치를 고안하여 각각의 내부식 방법들을 평가해보았다. 대부분의 보일러 시스템에서는 보일러 관의 외부(~800℃)와 내부(~500℃)가 내부의 스팀생성으로 인해 온도가 다르게 구현되는 독특한 특징이 있다. 우리가 새롭게 고안된 장치를 이용하면 내부식 방법들(ceramic coating, silica taping, plasma coating, high velocity oxygen fuel coating and overlay Inconel welding)에 대한 평가뿐만 아니라 부식을 유발시키는 염소 가스에 대한 영향도 구분해서 분석할 수 있다. 본 연구를 통해 보일러 튜브 표면에서 발생하는 고온 부식의 메커니즘에 대한 분석 및 고찰을 비롯해 각각의 내부식 방법들에 대한 보일러 튜브의 수명연장효과(잔여 수명 분석)을 FE-SEM, EDS, 무게감량법들을 통해 비교･평가할 수 있었다.

인류의 문명이 점점 고화됨에 따라 부수적으로 폐기물 또한 증가 하고 있는 실정이다. 최근 이러한 폐기물의 발생억제(reduce), 재사용(reuse), 재활용(recycle), 에너지자원화(recovery)에 국내를 비롯한 전 세계적인 노력이 활성화 되고 있다. 폐기물 에너지화(Waste to Energy, WTE) 기술이란 폐기물을 에너지 공급에 사용할 수 있는 다양한 연료로 전환시키는 기술이다. 도시고형폐기물(Municipal Solid Waste, MSW)을 활용한 발전보일러는 폐기물의 매립을 최소화하고, 환경 오염물질 배출을 감소시킬 뿐만 아니라, 전기나 증기와 같은 열에너지를 얻을 수 있어 각광 받고 있다. 하지만 MSW는 일반적으로 종이류, 플라스틱류, 고무류, 섬유, 가죽, 나무, 음식물 및 금속류 등 다양한 재료로 구성되어 있으며, 지역에 따라 구성요소 또한 차이가 난다. 이러한 다양 구성요소로 이루어진 MSW는 염소(Cl)등의 여러 가지 부식성 물질과 카드뮴(Cd), 납(Pb), 아연(Zn), 비소(As)등의 물질을 함유하고 있다. 이들 물질들은 연소 중에 서로 반응하여 염화물을 형성하여 탄소강 또는 Cr-Mo의 저합금강으로 제작된 폐라이트계 보일러 튜브의 심각한 부식을 야기시킨다. WTE 보일러의 열교환 튜브(Water Wall Panel & Super Heater Tube)를 염화물과 같은 부식성 물질로부터 보호하기 위하여 주로 사용되는 기술이 클래딩 기술이다. 클래딩이란 강재의 한 면에 다른 금속을 중합시켜 완전히 결합시켜 복합 금속 층을 형성하는 것을 의미한다. WTE 보일러의 경우 인코넬 625와 같은 Ni-Cr-Mo로 구성된 합금을 주로 사용한다. 인코넬 625는 고온에서 기계적 성질이 우수하고, 내식성이 우수한 특징이 있다. WTE 보일러에서는 인코넬 625합금을 이용한 오버레이 용접기술이 주로 적용되며, 부식성 염화물로부터 부식을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 연소 중 발생하는 고온의 연소 유동에 의한 유동 회분(Fly Ash) 및 슈트 블로어(Shot Blower)에 의한 튜브의 침식/부식 또한 방지 할 수 있다. 이러한 인코넬 625 오버레이 용접 클래딩은 자동 GMA용접으로 이루어지며, 오버레이 두께와 Fe 희석율(Dilution Rate)을 제어하기 위하여 수직 하진(3G-Vertical Down)으로 용접한다. 이에 본 연구에서는 WTE 보일러 열교환 튜브의 내 부식성을 향상시키기 위해 오버레이 용접 클래딩 전용 JIG 및 용접자동화 장비를 개발하여 GMAW 자동 용접에 따른 열교환 튜브 제작의 여러 가지 문제점에 관하여 알아보았다.

As of 2013, approximately 253 domestic incineration facilities including incineration facilities for municipal waste and industrial wastes were collected. The distribution of domestic incineration heat through these incineration facilities is estimated to reach about 1,756 thousands toe by 2013. In this study, a high temperature and pressure boiler was applied to evaluate the improvement effect of power generation efficiency of waste incineration facilities. It is possible to increase the power generation efficiency of the steam turbine by increasing the heat loss of the turbine through the high temperature and pressure depending on the steam pressure and the temperature. The boiler main steam amount is reduced by about 10% due to the high temperature and pressure, but the increase rate of the heat fall rate is larger than the decrease rate of the steam flow rate, so that the power generation efficiency is improved. In case of steam temperature, the steam temperature is increased by 50 ℃ at 500 ℃ and 20 kg/㎠ at the pressure of 20 kg/㎠×300 ℃, and it is increased by 10 kg/㎠ to 60 kg/㎠, electricity production changes were investigated. Electricity production increased with increasing temperature and pressure. The electricity production increased by 51.03 % at 40 kg/㎠×400 ℃ and by 89.07 % at 60 kg/㎠×500 ℃, compared to the standard condition of 20 kg/㎠×300 ℃ for comparison. The boiler main steam amount is reduced by about 10 % due to the high temperature and pressure, but the increase rate of the heat fall rate is larger than the decrease rate of the steam flow rate, so that the power generation efficiency is improved. In case of steam temperature, the steam temperature is increased by 50 ℃ at 500 ℃ and 20 kg/㎠ at the pressure of 20 kg/㎠×300 ℃, and it is increased by 10 kg/㎠ to 60 kg/㎠. Electricity production changes were investigated. Electricity production increased with increasing temperature and pressure. The electricity production increased by 51.03 % at 40 kg/㎠×400 ℃ and by 89.07 % at 60 kg/㎠×500 ℃, compared to the standard condition of 20 kg/㎠×300 ℃ for comparison.

보일러 관의 부식 현상은 오랫동안 다양한 산업분야 걸쳐 제기되어 오는 주요한 문제 중의 하나이다. 특히, 온도는 보일러 관의 부식 현상을 야기시키는 주요한 영향 인자 중에 하나이다. 하지만, 기존의 보일러 시스템의 경우 장기간의 운전으로 인해 온도에 따른 부식 발현을 면밀히 관찰하기에는 부적합한 부분이 있다. 따라서 우리는 기존의 보일러 설비처럼 보일러 관의 내부와 외부 온도조건을 달리하여 제어할 수 있는 장비를 구축하였다. 이를 통해서 다양한 온도 및 환경조건에서 보일러 관의 고온 부식에 대한 실험을 진행할 수 있었다. 결국 FE-SEM(field emission scanning electron microscope), EDS(energy dispersive spectrometer), XRD(X-ray diffraction)를 통한 분석결과로부터 다각적으로 고온 조건에 인한 부식발생기작에 대해 유추할 수 있었다. 뿐만 아니라 weight loss method를 통해서 고온에 따른 부식으로 인한 보일러 관의 두께 및 무게 감량 결과를 통해서 해당 조건에서의 보일러 관의 수명 또한 예측할 수 있었다.

This study has focused on identifying the cause of agglomeration that occurred in a domestic commercial-scale circulating fluidized bed boiler. Solid refuse fuel (SRF) was fed into the target facility to produce electricity. Agglomeration occurred in the combustor and cyclone during commercial operation. The bed material, clinkers produced in the combustor and cyclone, and boiler ash were collected, and components that are known to cause agglomeration were analyzed. Additionally, the possibility of slagging and fouling formation was predicted using components obtained by XRF analysis. The melting temperature of the bed material was decreased by complex reactions of low-boiling-point metal, alkaline metal and sulfur, and chlorine components. Then, agglomeration was generated because the bed material and ash were melted and combined. Basicity (B/A), which can lead to slagging, was estimated to be above 1.0 (reference 0.5 < B/A < 1.0). The boiler ash had a basicity of 1.83. The slag viscosity index (SVI) was estimated to be between 18.83 and 49.78 (reference 65 < SVI < 72). The boiler ash and combustor clinker had 3.30 and 4.40 total alkali (TA) values, respectively (reference 0.3 < TA < 0.4). This condition determined that slagging and fouling formation easily progressed. This result is expected to be utilized as data for preventing agglomeration formation and clinker generation.

High temperature corrosion is a major issue in waste-to-energy (WTE) facilities because it effects running cost and energy utilization efficiency. Corrosion of heating surfaces in WTE boilers is a complex phenomenon. The purpose of this study was to analyze the high temperature corrosion characteristics of WTE boiler tubes and to determine the influences of high temperature corrosion on heat exchange. Heating surface corrosion samples for this research were obtained from a superheater tube in municipal solid refuse fuel-fired power plant. Surface morphology, microstructure and phase composition were characterized by scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray spectroscopy, and X-ray diffraction analysis. The morphology of the heating surface was rough and had porous structures. The chlorine content of the surface was 7.4wt.% and the samples were mainly composed of hematite (Fe2O3) and magnetite (Fe3O4). The thermal conductivity of the corrosion samples was characterized using thermal conductivity measurements and was found to be 2.33 W/mK at 500oC. This result, which is 17 times less than that of boiler tube carbon steel (40.40 W/mK), indicates that corrosion of WTE boiler tubes is closely related to a decrease in boiler heat exchange efficiency.

The synthetic gas obtained from the gasification of waste material becomes more important not only in waste reduction but also for the generation of clean energy directly applicable to industrial combustors firing LNG fuel without any major modification of the boiler system. Therefore, in this study, a systematic calculation was made for the turbulent reaction inside a conventional LNG combustor to determine the temperature distribution and fluid flow field. By doing this, the syngas obtained from gasification of combustible waste could be evaluated for the potential applicability of syngas as a substitute for LNG fuel in the industrial field. In this calculation, the ratio of the syngas amount to the LNG amount was fixed. That is, based on calorific value, 70% of the fuel was syngas and 30% was LNG. Since the calorific value of the syngas was different from that of LNG with a high energy density, the different volumetric flow rate was expected to give rise to a visible flow field change together with the local velocity. Thus, in this study, the swirl intensity and the inlet nozzle diameter were varied carefully in order to resolve the flow field and turbulence effects on the reaction characteristics of the co-burning flame. First of all, the calculation result of pure LNG combustion was made successfully as a reference and for evaluation of the code implementation. The results obtained from the numerical simulation of the burning of syngas in the LNG boiler could duplicate the combustion feature almost similar to that of 100% LNG fuels by changing the injection method of the syngas without any major change of the boiler system. The results suggested the high potential of syngas as an economic substitute for conventional LNG fuel.

The purpose of this paper is to check the safety of the scaffold structures used wire rope. The structural safety on the scaffold structures with wire rope and boiler furnace was evaluated. As a results, all assessment structures with wire ropes were checked to be safe.

The advantage of CFBC(Circulating fluidized bed combustor) is that it can apply to various fuel sources including the lower rank fuel and remove SOx by means of direct supply of limestone to the combustor without additional desulfation facility. In this paper, we denote characteristics of fly and bed ash to reuse finer limestone usually abandoned(used spec[Coarse LS] 0.1mm under 25%, new spec[Fine LS] 0.1mm under 50%). According to the results, the chemical composition of fly ash was as follows; SiO2 40.8%, Al2O3 31.9%, CaO 10.7%, K2O 4.46% in the case of coarse limestone and SiO2 41.1%, Al2O3 31.3%, CaO 10.9%, K2O 4.66% in the case of fine limestone. The chemical composition of bed ash was as follows; SiO2 54.2%, Al2O3 33.1%, CaO 1.56%, K20 4.34% in the case of coarse limestone and SiO2 53.8%, Al2O3 32.6%, CaO 2.21%, K2O 4.45% in the case of fine limestone. It showed that there was no significant change in chemical composition. And it is conformed that there was no significant change in particle size and shapes.