In order to improve the high temperature oxidation resistance and lifespan of mat type porous carbon insulation, SiC was coated on carbon insulation by solution coating using polycarbosilane solution, curing in an oxidizing atmosphere at 200 oC, and pyrolysis at temperatures up to 1200 oC. The SiOC phase formed during the pyrolysis process was converted into SiC crystals as the heat treatment temperature increased, and a SiC coating with a thickness of 10-15 nm was formed at 1600 oC. The SiC coated specimen showed a weight reduction of 8.6 % when it was kept in an atmospheric environment of 700 oC for 1 hour. On the other hand, the thermal conductivity was 0.17W/mK, and no difference between states before and after coating was observed at all.

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.

이산화탄소는 주요 온실가스이며 의심할 여지없이 지구 온난화의 주범이다. 대기의 이산화탄소는 대부분 전기 발전에 사용되는 화석 연료의 연소에 의해 고농도화 되는데, 기후 변화의 억제를 위해서는 대기로부터 이산화탄소를 포획 및 격리가 필수적이다. 한편, 발전소의 소각재는 전기 수요가 증가함에 따라 지속적으로 증가할 것으로 예상된다. 소각재의 증가에 따라 소각재를 활용한 폐기물 자원순환에 관한 관심이 증가하고 있다. 일반적으로 순환 유동층 연소 방법에서는 탈황반응을 위하여 석회석을 인위적으로 첨가하게 되는데, 이 경우, 탈황 반응에 관여하지 않는 잉여 성분은 소각재 중에 CaO 화합물의 형태로 존재한다. CaO와 이산화탄소의 가역적인 반응은 이산화탄소를 제거하는 매우 유망한 방법이다. 특히 상온 상압에서 이루어지기 때문에 매우 경제적이라 할 수 있다. 현재 이와 같은 반응을 토대로 소각재를 이산화탄소와 반응시켜 복합탄산염으로 제조하여 시멘트의 원료로 사용하는 연구가 많이 진행되고 있다. 그러나 대부분의 연구는 다량의 물을 사용하기 때문에 취급이 어렵고, 건조를 위해 많은 에너지가 소모 되는 문제점이 있다. 본 연구에서는 에너지 고효율 공정을 위하여 반건식 복합탄산염 제조를 연구하였으며, 정량분석을 통해 수분의 양이 발전소 소각재의 이산화탄소 포집 특성에 미치는 영향을 연구하였다.

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.

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.

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.