유동층연소

Fluidized bed combustion
FBC 연기관 보일러

유동층연소(FBC)는 고체연료를 태울 때 사용하는 연소 기술이다.

가장 기본적인 형태에서 연료 입자는 뜨겁고 거품이 이는 재와 기타 입자 물질(모래, 석회석 등)의 부유층에 매달려 연소 또는 기체화에 필요한 산소를 공급한다. 그 결과 기체와 고체의 빠르고 친밀한 혼합은 침대 내에서의 빠른 열 전달과 화학 반응을 촉진한다. FBC 발전소는 값비싼 연료 준비(예: 분쇄) 없이도 대부분의 유형의 석탄, 석탄 폐기물 및 목질 바이오매스를 포함한 다양한 저급 고체연료를 고효율로 연소시킬 수 있다. 또한 주어진 열 듀티에서 FBC는 등가 기존 용해로보다 작기 때문에 비용과 유연성 면에서 후자에 비해 상당한 이점을 제공할 수 있다.

FBC는 SOx 배출 형태의 황 배출량을 감소시킨다. 석회암은 연소 중에 황산염을 침전시키기 위해 사용되는데, 이는 또한 보일러에서 열 에너지(보통 수관)를 포획하는 데 사용되는 장치로 보다 효율적인 열전달을 가능하게 한다. 관과 직접 접촉하는 가열된 침전물(전도에 의한 가열)은 효율을 높인다. 이를 통해 석탄발전소가 더 낮은 온도에서 연소할 수 있기 때문에 NO도x 덜 배출된다. 그러나 저온에서 연소하면 다순환 방향족 탄화수소 배출도 증가한다. FBC 보일러는 석탄 이외의 연료를 연소할 수 있으며, 연소 온도(800 °C/1500 °F)가 낮을수록 다른 이점도 추가된다.

혜택들

가연성 FBC가 급증한 이유는 두 가지다. 첫째, 연료에 대한 선택의 자유, 다른 기술을 사용하여 연소하기 어려운 연료를 사용할 수 있는 가능성뿐만 아니라 일반적으로 연료에 대한 선택의 자유는 유동화된 침대 연소의 중요한 장점이다. 두 번째 중요성은 점점 커지고 있는 것으로, 연소가 진행되는 동안 질산염의 낮은 배출량과 석회석을 침대 재료로 사용함으로써 황을 간단히 제거할 수 있는 가능성이다.

블롭베드 연소는 외부 배출 통제 없이 오염물질 배출을 통제할 수 있는 연소 과정을 찾기 위한 노력(예: 스크러버-플루오르 가스 탈황)에서 진화했다. 이 기술은 1,400~1,700°F(750~900°C)의 온도에서 연료를 연소하는데, 이는 질소산화물이 형성되는 임계치(약 2,500°F/1400°C에서 연소공기의 질소와 산소원자가 결합하여 질소산화물 오염물질을 형성함)보다 훨씬 낮은 수준이다. 또한 높은 연소 온도와 관련된 재 용해 문제를 방지한다. 유체화된 침대의 혼합 작용은 연도 가스를 석회석이나 돌로마이트와 같은 황 흡수 화학 물질과 접촉하게 한다. 석탄 내 황 오염물질의 95% 이상이 흡착제에 의해 보일러 내부에 포획될 수 있다. 그러나 다순환 방향족 탄화수소의 급격한 증가와 그 밖의 탄소 화합물 배출이 일치하기 때문에 감소는 보이는 것보다 덜 실질적일 수 있다.[citation needed]

상업용 FBC 장치는 경쟁적 효율성으로 작동하며, 오늘날의 기존 보일러 장치보다 비용이 적게 들며, 연방 표준에서 요구하는 수준 이하의 SO2 및 NO2 배출물을 가지고 있다. 다만 보일러 내부 튜브의 침식, 침대 공기 유입구 막힘으로 인한 불균일한 온도 분포, 시동 시간이 최대 48시간에 이르는 경우도 있다.

  1. 일반 보일러는 850 °C에서 작동하는 반면 FBC는 750 °C의 낮은 연소 온도를 가지고 있다.
  2. FBC는 낮은 소결 과정을 가지고 있다. (Melting of Ash)을 가지고 있다.
  3. 낮은 온도로 인한 NOx 생산량 감소.
  4. 석회암 포획으로 인한 SOx 생산량 감소
  5. 연소 입자 때문에 다른 연소 공정보다 열 전달이 10배 이상 많아 연소 효율이 높다.
  6. 높은 대류 열전달 계수로 인해 FBC에 필요한 면적이 적다.
  7. 자유 벨트 및 액티브 벨트의 온도에 따른 이소 열 침대 연소가 일정하게 유지된다.

종류들

FBC 시스템은 기본적으로 대기 시스템(FBC)과 가압 시스템(PFBC)의 두 가지 주요 그룹과 두 개의 작은 하위 그룹(BFB)과 순환 유동층(CFB)에 적합하다.

유동층 연소

대기 유동층에서는 석회석이나 돌로마이트를 사용하여 석탄 연소에 의해 방출되는 유황을 포획한다. 공기 제트는 연소하는 동안 흡착제와 연소하는 석탄의 혼합을 중단시켜 혼합물을 액체처럼 흐르는 빨갛게 뜨거운 입자의 중지로 변환시킨다. 이 보일러는 대기압에서 작동한다.

가압유동층연소

1세대 PFBC 시스템도 흡착제와 공기 제트를 사용해 연소 중 흡착제와 연소 석탄의 혼합을 중단한다. 그러나 이러한 시스템은 높은 압력에서 작동하며 가스터빈을 구동할 수 있는 온도에서 고압 가스흐름을 생성한다. 유체화된 침대의 열에서 생성된 증기는 증기 터빈으로 보내져 고효율 복합 사이클 시스템을 만든다.

Advanced PFBC

  • 1 pf 세대 PFBC 시스템은 PFB 연소기에서 나오는 유리 공기에 추가하여 천연 가스를 사용하여 가스터빈 연소 온도를 높인다. 이 혼합물은 높은 흡입 온도를 제공하기 위해 토핑 가연기에 연소되어 결합 사이클 효율을 높인다. 그러나 이것은 천연가스를 사용하는데, 보통 석탄보다 가격이 더 비싸다.
  • APFBC. 보다 진보된 2세대 PFBC 시스템에서는 가압된 카본라이저를 통합하여 연료 석탄을 연료 가스와 차르로 가공한다. PFBC는 가스터빈을 위한 증기를 생산하고 연소 공기를 가열하기 위해 char를 연소시킨다. 카본라이저에서 나오는 연료가스는 가스터빈에 연결된 토핑가연기에서 연소 터빈 정격 연소온도로 가스를 가열한다. 기존의 증기 터빈을 구동하는 데 사용되는 증기를 생산하기 위해 가스터빈 배기장치로부터 열을 회수하여 조합된 사이클 출력에서 전체적인 효율을 높인다. 이러한 시스템을 APFBC 또는 고급 순환 가압 유체-침대 연소 복합 사이클 시스템이라고도 한다. APFBC 시스템은 전적으로 석탄 연료로 구성되어 있다.
  • GFBCC. GFBCC. 가스터빈 토핑 가연체에 연료승라를 공급하는 가압 순환 유체-침대(PCFB) 부분 가연기가 있다. 가스터빈 배기는 PCFB 부분 기체로부터 char를 태우는 대기 순환 유체-침대 가연체에 연소 공기를 공급한다.
  • CHIPPS. CHIPPS 시스템은 유사하지만, 대기 중 유동식 침대 가연제 대신 용해로를 사용한다. 또한 가스 터빈 공기 예열기 튜브를 장착해 가스 터빈 사이클 효율을 높였다. CHIPPS는 연소 기반 고성능 전력 시스템을 의미한다.

참고 항목

참조(링크에서 업데이트 필요)