국내 전력난 해소 및 다양한 에너지공급 및 저장기술 포트폴리오를 구성하기 위해서는 차세대 에너지저장기술 개발이 필요하며, 기존의 화석연료를 사용하지 않고 전기-에너지원을 다양화 할 수 있는 기술 개발이 필요하다. 또한 다양한 신재생에너지원을 융합한 열 및 전기 생산 기술과 이를 이용하여 수소 생산 후 필요시 전기로 재공급할 수 있는 미래형 에너지저장 기술의 기저 에너지원으로 폐기물 자원을 활용할 신기술이 필요하다. 기존의 생활폐기물과 일부 가연성 산업폐기물을 소각하여 얻은 스팀은 대부분 180~250℃, 7~20bar로 발전효율이 10% 내외로 경제적으로 활용하는데 어려움이 있어 최근에서는 SRF 연소보일러를 개발하여 400℃, 40 bar 스팀을 생산하여 발전효율을 향상하는 연구가 수행되고 있다. 이와 같이 낮은 온도의 스팀은 소각로에서 생산한 후 2차적인 승온장치를 이용하여 초고온인 700℃ 이상의 스팀을 생산하여 양방향 수전해장치에서 수소-전기전환이 가능한 스팀으로 사용하고자 한다. 따라서 본 연구에서는 소각로에서 생산한 낮은 온도, 압력의 스팀을 초고온으로 승온할 수 있는 연소장치를 설계 및 제작하여 실험하고자 한다.

미분탄을 연료로 사용하고 있는 발전소는 지구온난화 문제에 따른 이산화탄소를 비롯한 여러 가지 오염물질 배출저감에 대한 압박과 석탄연료 가격 상승 등의 여러 가지 문제에 직면하고 있다. 그래서 석탄청정 기술에 대한 전 세계적인 관심과 더불어 석탄 연소 및 가스화에 대한 활발한 연구가 진행되고 있다. 석탄연소과정의 연구가 지속적으로 이루어져 왔지만 아직 모든 종류의 석탄에 대한 특정 석탄연소과정의 메카니즘을 일반적으로 적용할 수 있는 모델이 없기 때문에 오늘날도 많은 연구자들이 연구를 하고 있다. 본 연구에서는 미분탄 연소에 대한 이전 일련의 연구결과를 토대로 하여 일차적으로 수치 해석적 방법을 활용하여 실험결과와의 비교 및 모델 검증을 수행하고, 더불어 본 연구실에서 다양한 연소시설에 접목을 시도하고 있는 물 전기분해 가스와의 혼소에 따른 오염물질, 특히 CO2의 배출농도 변화 및 연소로 내부의 열유동 분포 등을 검토하고자 한다. 본 연구에서는 상용 해석 프로그램 STAR-CCM+와 In-house 코드를 이용하여 IFRF(International Flame Research Foundation) 다양한 형상의 보일러에 대하여 일련의 실험데이터와 비교검증을 수행하였다. 실험결과와의 비교를 통한 전산해석 결과의 타당성을 검증한 후 연료중의 석탄 양을 감소시키고 대신 물 전기분해 가스를 일부 사용하여 연료 변화에 따른 연소특성을 평가하고 배출가스 중 CO2의 농도 변화를 관찰하였다. 수치해석 결과를 살펴보면 In house 코드를 활용한 계산 결과는 실험결과와 매우 유사한 온도 분포를 나타내어 수치해석에서 사용한 모델에 대하여 비교적 성공적으로 검증할 수 있었으며, 이를 바탕으로 연료의 성상을 변화시켜 수치해석을 수행하여 의미 있는 결과를 도출할 수 있었다.

It is known that lowering of peak temperature of flame reduces NOx emission in combustion process. Low oxygenconcentration of diluted combustion air reduces peak flame temperature, but makes flame unstable. So increasing oftemperature of reactants is needed to enhance flame stability. Mixing of high temperature combustion gas with combustionair makes low oxygen concentration and increases air temperature simultaneously. Low oxygen concentration ofcombustion air reduces peak temperature of flame and increased air temperature makes flame stable by enhancement ofcombustion reaction. Special apparatus for recirculation of high temperature combustion gas should be needed, becausegeneral blower cannot be used to return the gas of almost 1,000oC. Air jet type recirculation apparatus has been developedand installed in a commercial scale of 7.2ton/day incinerator and estimated. Oxygen concentration and temperature ofair mixed with inhaled high temperature combustion gas by the apparatus are 16.24~17.78%, 384~512oC, respectively,in a steady state of incineration.

2012년 현재 우리나라 냉매 사용현황은 프레온류(CFCs, HCFCs, HFCs)는 연간 약 23,000톤으로 추정되며 HFCs 사용량은 1만 톤(R134a, 410a), CFCs, HCFCs 사용량은 1.3만 톤이다. 산업 분야별로는 자동차용이 4,000톤(R134a), 가정용･상업용이 7,000톤(R410a, R600), 산업용이 3,000톤(R22, R123, R134, NH3)이며 나머지 9천톤은 기타 유지보수용으로 사용되고 있으며, 이중 HFCs는 거의 대부분 자동차용 냉매로 사용되고 있다. 본 연구는 3단으로 구성된 연소장치에 배가스 재순환 기술과 2중관 선회식 연소공기 공급기술을 개발하고자 한다. 폐냉매 전용 소각을 위한 연소장치의 최적 설계를 위한 수치해석적 방법을 이용하여 설계인자를 도출하고 모델 연소로 성능 실험을 수행하고자 한다. Fig. 1에 2중관 선회식 연소장치 개발을 위한 수치해석용 연소장치와 연료로 사용한 메탄 연소반응 후 온도장을 나타내었다. 연소용 공기 주입은 연소장치 하단에서 주입되는 1차공기와 측면에서 공급되는 2차 공기로 구분되며, 2차 공기는 다시 주입위치에 따라 1단, 2단, 3단으로 구분된다. 2차 공기는 2중관 외부에서 예열되어 강력한 선회 유동으로 연소실 내부 각 단 상부에서 하부로 내부면을 선회하면서 공급된다.

폐기물 고형연료(RDF : Refuse-Derived Fuel) 또는 고형연료제품(SRF : Solid Refuse Fuel)은 가연성 고체폐기물을 분쇄한 후에 선별 및 건조 과정을 거쳐서 제조되는 성형 또는 비성형 고체연료로서 회석연료의 대체에너지로 이용이 가능하고, 일반적인 소각 방법에 비하여 수송성, 저장성, 연소 안정성이 우수하여 소각시설의 열이용에 따르는 많은 문제점을 해소할 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 RDF에 대한 연소 특성을 파악하기 위한 목적으로 실험실 규모의 연속식 및 회분식 연소 장치를 이용하여, RDF의 조성과 연소 조건에 따른 비교실험이 수행되었다. RDF 연소 특성실험에 사용되는 RDF 시료는 모두 6 종류의 원료와 실험실 규모의 압착 기구를 이용하여 3종류 형태(Powder, Chip, Plate)로 제조되었으며, RDF 연소 특성 비교 실험은 100 ~ 300 g-RDF/시간의 처리 용량을 가진 연속식의 실험실 규모 연소 장치와 길이가 600 mm인 연소로에 장착된 내경 70 mm의 석영 튜브를 이용하는 회분식의 RDF 연소 장치를 이용하여 수행하였다. 주요한 실험 결과를 살펴보면 우선 2 ~ 6 g/개 범위의 무게를 가진 RDF 시료는 대부분이 5 분 정도의 시간내에서 연소가 종료되었으며, CO는 100 ~ 300 ppm (12% O₂), NO는 200 ppm (12% O₂) 이하의 배출 농도를 나타냈다. RDF 제조용 원료로 사용된 PE 및 PP의 함량이 높아질수록 CO 배출 농도는 급격히 증가하며, O₂ 농도는 PE 및 PP의 함량이 증가할수록 감소하는 경향을 보인다. 또한 NO 및 CO₂의 경우는 PE 및 PP의 함량에 따른 배출농도의 변화가 상대적으로 작게 나타났으며, RDF 시료중의 염소 성분 함량이 일정한 조건에서는 흡수제로 사용되는 Ca(OH)₂의 투입량이 많아질수록 바닥회재 중의 염소 함량이 증가하였다.