고효율 순산소 순환유동층 열병합 발전기술

A04

 특허기술명 :복합 저급연료를 이용하는 유동층 열병합 발전기술

High-Efficiency Oxy-fuel Circulating Fluidized Bed Co-generation Boiler Technology

기술완성도-TRL7 :유사 상용품개발

한줄 기술 요약

순환유동층 보일러 및 통합 패키지 설계기반을 제공하는 기술

고체연료 반응기에 투입되는 입자들이 서로 압축되지 않고 역류되는 현상을 방지하기 위해 스크류피더를 이용하여 정량공급이 가능하도록 하고, 계단형의 연소로 설계에 따른 고체연료와 유동화 공기의  안정적이고 효율적인 혼합 및 연소가 가능한 유동층 연소장치에 관한 기술

개발배경 및 해결과제

  • 내부순환 유동층의 반응기 내부는 오로지 유동층의 유속을 달리하여 유동사의 순환을 유도하기 때문에 순환율이 낮고 연소 후 열회수율이 떨어져 연소로의 효율이 낮아지는 문제가 있으므로 유동층 공정에서 기체와 고체의 고른 혼합을 동시에 할 수 있는 공기분배시스템이 필요함
  • 계단형 연소로를 제공하여 다수의 계단 상부에 가라앉는 불필요한 퇴적을 방지하기 위해 다양한 위치에서 공기를 분사시켜 연소로 내의 안정적이고 효율적인 연소가 이루어지는 유동층 연소장치를 제공

기술의 우수성

  • 연료투입을 원활하게 하기 위한 Feeding 및 하부회 배출 문제를 개선하여 고형연료(biomass, 고형폐기물)의 투입과 배출에 따른 문제점 개선
  • 공기분배노즐 및 공기노즐캡에 의해 측면과 하측 방향의 유동화 공기를 통해 활발한 혼합과 원활한 불연물 배출이 가능한 다단의 계단형 구조
  • 배출되는 연료의 양을 정확하게 조절함으로써 안정적이고 효율적인 연소 촉진
  • 해외 수입기술의 국산화 대체 10MWe 1기당 약 500억원 절감 가능

기술의 차별성

  • 안정적인 연료 공급이 가능한 스크류피더를 이용하여 고체연료 이송이 정체되는 브릿지(Bridge)와 역류현상 방지를 통한 설비 신뢰도 향상
  • 고형 연료의 유동화와 공기와의 혼합으로 안정적이고 효율적인 연소가 가능한 다단의 계단형 구조로 최적설계
  • 폐기물 연소 시 많은 양의 클링커 등 운전장애 해소 및 장기운전 기술 확보
  • 고형연료, 바이오 메스로부터 발전효과 RDC 등 대체에너지 효과 발생

구현방법 1

  • 스크류피더를 이용한 고체연료의 정량공급시스템은 교반날개, 이송스크류, 가스 및 공기공급장치, 원료팽창덕트, 배출조절장치로 구성됨

구현방법 2

  • 고체연료의 유동이 저하되는 현상 방지를 위한 교반 날개가 특징으로, 이송 스크류에 의해 이송된 압축성 원료의 엉킴을 방지하여 고체연료의 역류를 방지하고 가스 또는 압축공기 공급 및 연료 배출량을 조절 가능

활용분야

  • 연소로 및 순환유동층 보일러
  • 폐기물 소각시설

적용제품

  • 연소로 및 순환유동층 보일러
  • 폐기물 소각시설

기술동향 1

  • 순환유동층 보일러는 기존 보일러와 달리 지속적인 열 순환으로 폐기불에서부터 석탄, 바이오매스 등 다양한 연료의 연소 및 환경오염물질 배출이 적다는 장점이 있음
  • 폐기물 소각에 의한 에너지화 설비의 초기 설치는 유럽, 일본으로부터 원천기술이 도입되어 시공되었으나, 국내 업체의 다수의 시공참여 및 운전경험 확보, 지속적인 기술개발의 성과로 국산화 수준이 높은 수준임

기술동향 2

  • 세계적으로는 스웨덴 퍌머스 공대(보 레크너 교수)와 중국 칭화대(양 하이루이 교수), 중국 산서 중국석탄평삭그룹(세계 최대용량(660MW)발전소 시운전), 폴란드 타우론 그룹과 국내의 현대중공업 파워시스템, 삼성중공업, 포스코건설 등에서 생활/사업장 폐기물 및 폐바이오매스에 응용하여 해외 원천기술도입 국산화로 해외 수출이 가능한 수준이며, 고효율 및 고성능 발전 기술 확보가 필요함

시장전망

  • 세계 순환유동층 시장은 2020년 9억 5천만달러에서 2026년 9억 7천만 달러로 전망
  • 그 중, 중국의 화력이 전체 전력수요의 상당부분을 차지하기 때문에 CFB의 가장 큰 시장임.
  • 폐기물 에너지의 국내 시장규모는 2016년 20조 5천억원에서 2021년 26조 9천억원 규모로 성장이 예상되며, 그 중 재활용 폐기물의 에너지자원화 부문은 약 5조 6천억, 폐기물 에너지 공급 등 서비스 관련 시장이 3조 5천억원으로 60% 이상을 차지