청정석탄 기술

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(1) 석탄 선별 기술: 석탄을 정제하여 상품용 석탄의 품질을 높이는 것은, 근본적으로 오염을 줄이는 효과적인 방법입니다.우리나라의 1997년 원석 선정률은 25.73%였습니다.석탄 세척의 중점은 코크스용 석탄에서 발전용 석탄으로 바뀌었으며, 과거에는 단순히 먼지를 줄이는 데만 집중했던 것에서 벗어나 먼지 감소와 탈황을 동시에 추진하고, 세척 과정에서 나오는 황철석도 회수하는 방향으로 전환되었습니다.소직경 중중량 유동층 분리 공정 및 장비는 미세한 석탄 슬러지에 대해 황 함량을 줄이고 탈황을 동시에 수행할 수 있으며, 0.5～0.04mm 크기의 석탄 슬러지를 분리할 때 무기황의 탈황률은 67.90～70.30%에 달한다.12m² 크기의 대형 풍력 건식 석탄 선별기를 도입한 연간 150만 톤 규모의 석탄 선별 공장이 가동에 들어갔습니다.이 공장의 석탄 1톤당 투자 비용은 4.25위안이며, 석탄 가공에 드는 비용은 2.15위안입니다. 분리 효율은 90% 이상이며, 배출되는 먼지의 양(50mg/m3)도 환경 기준을 충족합니다.석탄의 집중적인 분진 및 이황화물 제거 문제를 해결하기 위한 새로운 기술들이 개발되었습니다. 예를 들어, 대직경의 3중 제품 생산용 비압력식 중력 유동분리기나, 다양한 형태의 미세 기포를 이용한 부상법 등이 연구를 거쳐 성공적으로 개발되어 실제 생산에 도입되었습니다.그러나 우리나라의 석탄 선별 기술은 전반적으로 국제적인 선진 수준에 비해 상당한 격차가 있습니다. 첫째, 원석 중에서 선별되는 비율이 낮습니다(우리나라는 25.7%인 반면, 선진국들은 90% 이상입니다)；둘째, 첨단 석탄 선별 공정의 비중이 낮습니다(예: 중력 선별의 경우, 우리나라는 23%에 불과한 반면, 선진국들은 60% 이상입니다). 그로 인해 정제된 석탄의 품질이 낮습니다；셋째, 평균적인 공장 규모가 작고 자동화 수준이 낮으며, 설비의 신뢰성이 떨어지고 생산 효율도 낮다. (이) 수코크스 슬러리 기술 백양하 발전소에서 수코크스 슬러리를 석유 대용으로 사용한 결과, 2000시간의 시험 운전을 거친 후 전량 수코크스 슬러리를 연소시켰을 때 연소 효율은 98% 이상이었으며, 보일러의 효율도 89% 이상이었습니다. 또한 보일러의 부하가 40~100% 범위 내에서도 안정적으로 연소가 가능했으며, 이는 중유를 연소할 때와 동일한 효과였습니다.광구 석탄진흙 제즙연소에 진전이 있었다.고회분(회분 함량 41–43%) 석탄 슬러리를 제조하여 10t/h 체인 보일러에 연소시킨다.총 2,008시간 동안 가동된 결과, 보일러의 열효율은 단순히 블록형 석탄을 사용할 때의 53.99%에서 석탄 슬러리를 혼합하여 사용한 후에는 68%로 향상되었습니다. 또한 연소 효율도 63.7%에서 79.01%로 상승했습니다. (삼) 순환유동층(CFBC) 해외의 CFBC 기술은 대형화 방향으로 발전하고 있습니다.현재 단일 보일러의 용량이 가장 큰 CFBC 보일러(250MW, 증발량 700톤/시간)를 갖춘 발전소가 프랑스에서 가동되고 있습니다. 이 보일러의 효율은 90.5%이며, 석회석을 이용한 탈황률은 93%입니다. 또한 Nox 배출량은 250mg/Nm3 미만입니다. 우리나라는 현재 75t/h 규모의 순환유동층 보일러를 설계하고 제조할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다；자체 개발한 220t/h CFB 보일러 시범 공사와 수입한 410t/h 순환층 보일러 공사가 진행 중입니다.CFB의 설계 기초 연구 분야에서도 일정한 진전이 있었으며, 순환식 보일러 전용 설계 소프트웨어가 개발되었습니다；125MW 재가열 보일러형의 공학적 설계 연구와 신형 75 t/h 및 130 t/h 순환유동층 보일러의 연구 설계 작업. (IV) 전체 가스화 연소 순환 방식(IGCC)
가스화 연소 순환 방식을 이용한 발전(IGCC)은 현재 세계의 선진국들이 적극적으로 개발하고 있는 효율적이고 오염이 적은 청정 석탄 발전 기술입니다. 이 기술은 점점 더 엄격해지는 환경 보호 요구사항을 충족시킬 수 있을 뿐만 아니라, 발전 효율도 45% 이상에 달합니다. 따라서 21세기에 가장 중요한 청정 석탄 발전 방식 중 하나가 될 가능성이 매우 높습니다. 미국의 IGCC 시범 프로젝트가 큰 진전을 보였습니다. 웨이버시 강에 위치한 발전소의 가스화 공정 개조 프로젝트로, 이 발전소의 시스템 전력 공급 능력은 262MW이며, 설계상의 전력 효율은 38%, 탈황 효율은 98% 이상입니다.이 프로젝트는 1998년 11월에 상업적 시범 운영을 마쳤습니다.탬파 전력회사의 IGCC 발전소는 시스템의 전력 공급 능력이 250MW이며, 설계상의 전력 공급 효율은 40%입니다. 또한 석회석을 이용한 탈황 효율은 96% 이상입니다. 상업적 실증 운영은 2001년 10월에 시작될 예정입니다.피논 파인 IGCC 발전 프로젝트는 시스템의 전력 공급 능력이 99MW이며, 설계상의 전력 공급 효율은 40.7%입니다. 2000년 7월에 상업적 실증 운영이 시작될 것으로 예상됩니다. 우리나라의 IGCC 핵심 기술 연구가 시작되었으며, 여기에는 IGCC 공정, 가스화, 가스 정화, 가스 터빈 및 잉여열 시스템과 관련된 핵심 기술들이 포함됩니다.옌타이 발전소에 1GW 규모의 시범 발전소를 건설할 계획입니다. (오) 석탄 가스화 석탄 가스화 기술은 중요한 에너지 전환 기술로, 화학공업, 야금, 기계, 건축자재, 가정용 연료 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 현재 전국적으로 매년 가스화에 사용되는 석탄의 양은 약 6천만 톤입니다. 우리나라는 일부 선진적인 대형 가스화 기술을 도입하여 현재 운영 중에 있습니다.우리나라의 중소규모 가스화는 블록석탄 고정층 가스화 기술을 주로 사용하고 있으며, 기술 수준이 낮고 효율도 저조하며 오염도가 심각하여 긴급한 기술 개선이 필요합니다.도입된 일부 선진적인 가스화 기술들도 안정적인 운영, 기술 및 장비의 국산화, 경제적 투자, 운영 효율성 측면에서 많은 문제가 있습니다. 따라서 중국의 지식재산권을 바탕으로 하고, 국내 상황에 적합하며, 고효율적이고 청정한 현대적인 가스화 기술을 개발할 필요가 있습니다.지하 가스화 기술을 석탄광 산업의 잔여 가스화에 적용한 실험에서 일정한 진전이 이루어졌습니다. (여섯) 석탄 액화 석탄 액화는 중요한 석탄 전환 기술이다.중독, 중일, 중미 간의 협력을 통해 추진되고 있는 세 개의 석탄 직접 액화 산업 시범 프로젝트에 대한 타당성 연구가 진행 중입니다. 중독 간의 협력에서는 윈난성에서 생산된 갈색석탄을 사용하여 독일 DMT 회사의 공정 개발 장비를 활용해 산업적 조건 하에서의 실험과 최적의 공정 조건을 찾기 위한 실험이 이루어졌으며, 그 결과 액화유의 수율은 53%에 달했습니다；중국산 고정층 수소화 촉매에 대한 조건 실험이 진행되었으며, 그 결과 이 촉매가 독일의 IGOR 공정에 적합함이 확인되었습니다；시범 공장 타당성 조사 보고서가 완료되었습니다.일본의 1t/d 설비에서 중국의 이란석탄, 중국의 쉬린 황철광 촉매, 일본의 합성 황화철 촉매를 사용한 직접 액화 조건 실험을 실시했으며, 석유 수율은 52%–57%였습니다.중미 협력의 중국 신화석탄 직접 액화 타당성 연구 프로젝트가 1단계 작업을 완료했으며, 미국 HTI사의 연속 소규모 시험 장치를 활용해 신화넝티아오타 석탄에 대해 6가지 조건에서 실험을 진행한 결과, HTI의 기술과 GelCat 촉매를 사용하여 석유 수율이 63%–68%에 달했습니다； (일곱) 연료전지 과학기술부는 UNDP의 지원을 받아 연료전지 버스 시범 사업을 추진하고 있습니다. (8) 연소가스 정화 기술 현재 전 세계적으로 500기 이상의 연소가스 탈황 설비가 가동되고 있습니다.그중 90% 이상(발전기 용량 기준)은 습식 탈황 공정입니다.반건식 회전 분무법, 용광로 내부에서의 흡착제 분사 방식 – 습윤 활성 탈황 공정은 유럽에서 널리 사용되고 있습니다.유동층 연소 기술은 연소 과정에서 SO2, NOx의 생성을 효과적으로 억제하기 때문에 점점 더 중요하게 여겨지고 있습니다.일본에서는 표면 열처리를 거친 활성탄 섬유(ACF)를 이용해 연도가스의 탈황·탈질을 위한 시험 연구를 진행하여 매우 좋은 결과를 얻었다..ACF를 이용한 연도가스 정화 기술은 반건식 산화형에 속하며, 그 장점은 탈황 및 탈질 반응이 상온에서 진행되고, 부생되는 황산, 황산염 및 질산, 질산염 등을 지속적으로 회수할 수 있다는 것입니다.이 석탄 보일러의 연소가스 탈황·탈질 기술은 높은 탈황·탈질 성능을 갖추었을 뿐만 아니라 물 사용량도 적고 필요한 장비도 간단하여, 현재 실용화 연구가 진행되고 있습니다. 우리나라의 대기 오염이 날로 심각해짐에 따라, 연소 가스 정화 기술에 대한 사회 각계의 관심도 더욱 높아지고 있습니다.““중일 합작 전자빔 연도가스 탈황 시범 프로젝트”는 현재까지 총 2,400시간 동안 가동되었으며, 1998년 5월 28일에 **완공 검수를 통과했습니다.이 시범 공정은 청두 발전소의 200MW급 보일러에서 발생하는 30만 m³/h의 연도가스를 처리하며, 현재 세계에서 가장 많은 양의 연도가스를 처리할 수 있는 전자빔 탈황 장치입니다.그의 탈황율과 탈질율은 각각 80%와 10%라는 설계값을 상회하며, 모든 운전 관련 지표들도 설계값보다 낮습니다.또한, 핀란드 IVO사의 용광로 내 석회 분사 및 습도 증가 활성화 복합 공정과 일본 히타치사의 고속 평류식 습식 공정 도입이 진행 중입니다.국제적으로 이미 존재하는 탈황 효율이 높은 성숙한 기술들은 도입될 경우, 우리가 축적해온 설비 설계, 운영 및 관리에 관한 경험에 도움이 됩니다. 하지만 해외의 기술과 장비는 가격이 비싸기 때문에, 우리나라의 경제적 여건을 고려하여 우리나라의 실정에 맞는 기술과 공정을 개발하고 보급해야 합니다. 국내 연도가스 정화 기술에 대한 기초 연구와 소형·중형 보일러의 연도가스 정화 기술도 일정한 진전을 이루었습니다.탈황제의 탈황 효율을 높이기 위해, Ca(OH)2에 흡습성이 높은 염과 알칼리를 첨가하거나, 연소 시 발생하는 회분과 Ca(OH)2의 수화물을 흡착제로 사용한다；활성탄이나 흡착제로 사용하는 경우, 실험실 연구에서 일정한 성과가 나타났습니다.중소형 보일러에 적합한 망막탑 방진탈황 시스템, 이중 작동식 방진탈황 공정 등도 초기 단계에서 성과를 거두고 있습니다. (9) 석탄재의 종합적 활용: 우리나라에서는 석탄재의 연구와 활용이 대량 사용 측면에 중점을 두고 있습니다. 예를 들어, 콘크리트에 혼합하여 사용하거나, 다리나 댐 건설, 고층 건물의 바닥판 제작, 원자력 발전소의 안전벽 등에 활용됩니다. 현재 건설 중인 삼협 프로젝트의 경우, 약 133.8만 톤의 석탄재가 사용될 것으로 예상됩니다.더 많은 활용은 고등급 고속도로 건설에 있으며, 이 기술은 이미 성숙하여 상하이-닝보, 베이징-선전 및 베이징-허베이 고속도로 건설에 적용되고 있다.석탄 가루는 광산 지역의 토양 충전이나 농업 분야에서 토양 개량에도 사용됩니다.2000년경에는 우리나라의 석탄재 배출량이 1억 6천만 톤에 이를 것으로 예상됩니다. 따라서 석탄재의 활용을 위해 더욱 노력을 기울여야 하며, 활용 범위를 넓히고, 활용량을 늘리며, 활용 효율을 향상시켜야 합니다. (10) 석탄층가스의 개발 및 이용 석탄층가스 탐사 및 개발에서 눈에 띄는 진전이 있었다. 1998년에 산시성 친수이 분지와 동북부 허강 지역에서 총 11개의 석탄층가스 시추공을 시추하였으며, 툰류-003공, 툰류-006공, 툰류-007공에서 하루 생산량 7,000m³, 10,000m³, 16,000m³ 이상의 산업용 석탄층가스 흐름을 확보했다. 이를 통해 가스가 함유된 지역의 면적 약 550제곱킬로미터를 초보적으로 확정할 수 있었다.탐사 결과에 따르면, 이 지역은 대규모 석탄가스전이 형성될 수 있는 지질적 조건을 갖추고 있습니다.진남에서 3개의 우물을 완공했으며, 시험 우물 1곳에서는 일일 7,000m3의 생산량을 기록했습니다.““중국 석탄가스 자원 평가 프로젝트”의 연구 작업이 진행 중이며, 육판수이, 대화북, 동북삼강, 랴오중의 네 개 구역에 대한 연구는 이미 초기 단계에서 완료되었습니다. 이 프로젝트의 최종 보고서는 1999년에 작성될 예정입니다.미국의 텍스코(TEXCO), 필립스(PHILLIPS), 아르코(ARCO) 등 3개 석유 회사와 함께 회북, 린싱, 삼교, 삼교북, 석류 등 5개 지역에서 석탄가스 탐사 및 개발을 위한 협력 프로젝트가 진행되고 있습니다.5개 협력구의 총면적은 11,216.8km2이며, 석탄가스 자원량은 6,535억 m3로 추정됩니다.현재 9개의 석탄가스 유정 시추가 완료되었으며, 우수한 석탄가스 데이터를 확보했습니다.