게시판 > 질답게시판 > LNG를 사용하는 보일러에 산소 주입

스테파노 Stefano

07-05-23 22:55

(0) 산소농축 공기를 이용한 보일러나 가스터빈에 관한 연구는 아주 많은 연구가 되어 있습니다.
"Oxygen-enriched combustion"이라는 키워드로 인터넷에서 많은 자료를 찾아볼 수 있지요.

(A1) 농축산소를 이용할 경우의 연료절감량을 그래프로 나타낸 것의 예로서 아래의 자료를 찾아보세요.
http://www1.eere.energy.gov/industry/bestpractices/pdfs/oxygen_enriched_combustion_process_htgts3.pdf

공기대신 산소를 사용하면 공기중에 들어있는 질소의 가열을 위해 불가피하게 소요되는 열량을 줄일 수 있습니다.
따라서 연소가스의 온도에 따라 절감되는 비율이 결정됩니다.

산소농도 21%인 공기 대신 산소농도 X%를 사용하면 절감되는 질소가열 열량은 다음과 같이 계산됩니다.

이론 산소량, Q= 연료의 연소반응에 소요되는 이론적 산소량
공기(산소농도 21%)를 사용할 때 함께 공급되는 질소의 양, A = Q*(100-21)/21
산소농축공기(산소농도 X%)를 사용할 때 공급되는 질소의 양, B = Q*(100-X)/X

따라서
(절감되는 질소의 양, C) = (A-B) = (이론 산소량,Q)*{(100-21)/21-(100-X)/X} = Q*(100/21-100/X)

(절감되는 열량) = C * (연소가스온도-대기온도) * (질소 비열)

위의 계산에서 질소의 양(A, B, C등)은 몰단위(kcal)를 사용하고 비열은 몰비열(kcal/kg-mole/℃)을 사용하면 됩니다.
연소가스의 온도는 열을 회수하고 대기중으로 배출되는 Flue Gas의 온도를 사용합니다.

이론산소량은 연소반응에 이론적으로 소요되는 산소의 양입니다. LNG는 CH4가 주성분이므로
CH4 + 2O2 --> CO2 + 2H2O CH4 에서 LNG 1몰당 2몰의 순수(이론)산소가 필요합니다.
순수산소 부피로는 메탄부피의 2배가 됩니다.

(A2) 산소 농축공기를 사용하면 불꽃 온도가 상승하기 때문에 보일러 내부의 여러 재질의 수명이 단축되거나 기존 재료로는 사용할 수가 없습니다.

(A3) 농축산소를 사용하려는 경우 반드시 보일러 제작업체의 연소계산 및 온도분포에 대해 검토하여 적용가능성 여부를 판단하도록 하여야 합니다.

(A4) 국내에서는 이미 한국에너지기술연구원과 보일러 업체어서 산소농축공기를 이용한 보일러 열효율 개선에 관한 연구보고서와 실용화 연구결과를 많이 찾아 볼 수 있습니다. 외국에서의 적용사례도 앞서 소개한 키워드로 찾아보면 무수히 많을 것으로 봅니다.

(0) 산소농축 공기를 이용한 보일러나 가스터빈에 관한 연구는 아주 많은 연구가 되어 있습니다. 
"Oxygen-enriched combustion"이라는 키워드로 인터넷에서 많은 자료를 찾아볼 수 있지요.

(A1) 농축산소를 이용할 경우의 연료절감량을 그래프로 나타낸 것의 예로서 아래의 자료를 찾아보세요.
http://www1.eere.energy.gov/industry/bestpractices/pdfs/oxygen_enriched_combustion_process_htgts3.pdf

공기대신 산소를 사용하면 공기중에 들어있는 질소의 가열을 위해 불가피하게 소요되는 열량을 줄일 수 있습니다. 
따라서 연소가스의 온도에 따라 절감되는 비율이 결정됩니다.

산소농도 21%인 공기 대신 산소농도 X%를 사용하면 절감되는 질소가열 열량은 다음과 같이 계산됩니다.

이론 산소량,  Q= 연료의 연소반응에 소요되는 이론적 산소량
공기(산소농도 21%)를 사용할 때 함께 공급되는 질소의 양,  A = Q*(100-21)/21
산소농축공기(산소농도 X%)를 사용할 때 공급되는 질소의 양, B = Q*(100-X)/X

따라서 
(절감되는 질소의 양, C) = (A-B) = (이론 산소량,Q)*{(100-21)/21-(100-X)/X} = Q*(100/21-100/X)

(절감되는 열량) = C * (연소가스온도-대기온도) * (질소 비열)

위의 계산에서 질소의 양(A, B, C등)은 몰단위(kcal)를 사용하고 비열은 몰비열(kcal/kg-mole/℃)을 사용하면 됩니다. 
연소가스의 온도는 열을 회수하고 대기중으로 배출되는 Flue Gas의 온도를 사용합니다.

이론산소량은 연소반응에 이론적으로 소요되는 산소의 양입니다.  LNG는  CH4가 주성분이므로
CH4 + 2O2 --> CO2 + 2H2O  CH4   에서  LNG 1몰당 2몰의 순수(이론)산소가 필요합니다. 
순수산소 부피로는 메탄부피의 2배가 됩니다.

(A2) 산소 농축공기를 사용하면 불꽃 온도가 상승하기 때문에 보일러 내부의 여러 재질의 수명이 단축되거나 기존 재료로는 사용할 수가 없습니다.

(A3) 농축산소를 사용하려는 경우 반드시 보일러 제작업체의 연소계산 및 온도분포에 대해 검토하여 적용가능성 여부를 판단하도록 하여야 합니다.

(A4) 국내에서는 이미 한국에너지기술연구원과 보일러 업체어서 산소농축공기를 이용한 보일러 열효율 개선에 관한 연구보고서와 실용화 연구결과를 많이 찾아 볼 수 있습니다.  외국에서의 적용사례도 앞서 소개한 키워드로 찾아보면 무수히 많을 것으로 봅니다.