화력발전 연계 바이오매스 반탄화 기술개발 동향

Overview of biomass torrefaction technology integrated with a thermal power plant

바이오매스 반탄화 기술은 200-300℃의 저온 열처리를 통해 헤미셀룰로스 및 리그닌 등 분자구조의 일부를 분해하는 기술이다. 이를 통해 발열량이 낮은 CO2, H2O, CO와 소량의 타르 성분이 방출되고, 반탄화된 바이오매스는 C 함량의 증가와 함께 발열량, 소수성, 분쇄성, 균일성이 향상되어 수송, 저장, 미분 등 연료 품질의 향상을 얻을 수 있다. 또한 석탄과의 혼소 시 미분기의 한계로 인해 5%(열용량 기준) 미만으로만 투입되는 비율을 대폭 향상시킬 수 있다. 일반 반탄화 기술은 열원 공급, 반탄화 증기의 열회수/처리를 위해 복잡한 공정이 필요하다. 최근 국내에서 진행 중인 화력발전 연계 반탄화 공정은 발전소의 배가스를 추출하여 열원으로 활용하고, 반탄화 증기는 배가스와 함께 보일러로 주입하여 효율적으로 연소 및 열회수를 달성하는 기술이다. 따라서 독립적인 공정에 비해 단순하고 에너지 효율이 높으며, 산소 농도가 낮은 배가스를 열원으로 활용하기 때문에 열전달이 빠른 직접 열교환이 가능하다는 장점이 있다. 현재 우드펠릿 전소 발전소인 영동화력 1호기(125 MWe 규모, 한국남동발전)를 대상으로 50 ton/day 규모의 반탄화 설비를 구축하여 시험 운전을 앞두고 있다. 본 논문에서는 우드펠릿 및 국내미활용 바이오매스를 대상으로 기초실험을 통한 반탄화 수율 및 특성 목표의 설정, 반탄화 공정의 열전달 및 반응 모델링을 통한 설계조건의 수립, 반탄화 증기의 보일러 투입시 영향에 대한 전산유동해석 결과를 소개하고자 한다.