- 탄소중립 등 환경 관심 높아져 순환유동층 보일러 기술 ‘새로운 도전’ 국면

- 25~26일 온·오프라인(부산) 11개국 200여 명 참가해 최신현황·연구성과 공유

부산대학교가 중국 칭화대학(Tsinghua University)과 한국남부발전 공동 주최로 25일과 26일 이틀간 「제3회 순환유동층 보일러 국제회의(3rd International Conference on Circulating Fluidized Bed Boiler, CFBB03)」를 부산 웨스틴조선호텔에서 온·오프라인 병행해 개최했다.

제3회 순환유동층 보일러 국제회의 개최 모습

‘순환유동층 보일러(Circulating Fluidized Bed Boiler, CFBB)’ 기술은 고효율·친환경 및 연료 다변화 등 다양한 장점을 가지는 발전기술로 최근 30년 동안 빠른 속도로 발전해 왔다. 유닛(unit) 용량이 지속적으로 확대되고 있고, 스팀 파라미터도 초임계 내지 초초임계로 발전되고 있다.

※ 용어 설명

- 순환유동층 보일러: 고체-기체 유동화(gas-solid fluidization)를 통해 석탄, 바이오매스(biomass), 폐기물 등 다양한 고체 연료를 에너지로 전환할 수 있는 발전기술.

- 스팀 파라미터(steam parameter): 일반적으로 증기의 온도 및 압력을 의미함.

- 초임계(supercritical): 압력 및 온도가 임계점(critical point)을 초과하는 스팀.

- 초초임계(ultra-supercritical): 온도가 600°C 이상 되는 스팀.



현재, 환경 규정 강화, 신재생에너지 용량 증가에 따른 유연한(flexible) 운전 요건, 탄소중립(carbon neutral) 배경에서 나온 이산화탄소 포집·활용·저장(CCUS·Carbon Capture, Utilization and Storage) 기술 등이 강조됨에 따라 순환유동층 보일러 기술에 대한 새로운 도전이 대두되고 있다.

제3회 순환유동층 보일러 국제회의 개최 모습

이런 배경에서 부산대-칭화대-한국남부발전은 2018년 순환유동층 보일러 국제회의를 발기해 제1회 행사를 한국 동해에서, 2019년 제2회 회의를 중국 칭따오에서 개최했다.

올해 2020년 제3회 국제회의는 코로나19 영향으로 온라인과 오프라인(부산)을 병행해 전 세계에서 200명가량이 참가한 가운데 개최됐다. 행사 의장(Chair)은 전충환 부산대 유동층발전기술지원센터장(기계공학부 교수)이 맡았으며, 칭화대 하이루이 양(Hairui Yang) 교수가 공동 의장으로 참여했다.

제3회 회의에서는 한국과 중국·미국·캐나다·스웨덴·이탈리아·폴란드 등 7개 국가에서 전문가 발표가 있었으며, 이외에도 인도·핀란드·스위스·일본 등의 국가와 IEA(international energy agency)-FBC(Fluidized Bed Conversion), IEA-Clean Coal Center 등의 기관이 참가했다. 해외 참가자는 온라인으로, 국내 참가자는 오프라인으로 부산에서 행사가 진행됐다.

이번 회의에서는 기초연구 분야에서 순환유동층 보일러의 최신 실험 및 모델링 결과가 소개됐으며, 세계 최초 및 최대 초임계·초초임계 순환유동층 보일러의 설계와 운전 특성, 개선 사례, 이를 통한 경제적 효과 등이 발표됐다.

또 순환유동층 보일러에서 발생할 수 있는 다양한 문제에 관한 연구와 메커니즘 및 방지책을 선보였으며, 대형 유동층 열교환기에 존재하는 불균일성 연구 및 이에 관한 모델링 연구, 유동충 기술을 바탕으로 하는 이산화탄소 포집·저장(CCU) 기술에 대한 최신 연구 성과도 나왔다.

이 외에도 순환유동층 보일러에서의 질소산화물 배출 특성, 탈황 효율 향상, 수치해석을 통한 최적화, 싸이클론(cyclone) 효율 향상 등 다양한 주제로 청년 학자들이 최신 연구 결과를 발표했다.

제3회 순환유동층 보일러 국제회의 개최 모습

스웨덴 샬머스 공과대학교(Chalmers University of Technology)의 보 렉너(Bo Leckner) 교수는 “순환유동층 보일러 기술이 현재까지 매우 빠른 속도로 성장해 왔지만 시행착오(trial and error) 방식으로 하는 연구는 한계에 도달했고, 활발한 기초 연구 및 산학협력을 통해야만 보일러 설계 및 운전 등의 면에서 더 큰 성공을 거둘 수 있다”고 밝혔다.

스위스 취리히 연방 공과대학교(ETH Zurich)의 로타르 레(Lothar Reh) 교수는 “국제 교류가 어려움을 겪고 있는 가운데 유럽에서 아시아 및 북미 등 지역까지의 주요 연구자, 기술자 및 학자를 한자리에 모아 산학 간의 교류 및 협력을 추진한 이번 회의는 순환유동층 보일러 기술의 발전에 있어 매우 긍정적인 스텝”이라고 평가했다.

의장으로서 이번 회의를 주관한 전충환 부산대 유동층발전기술지원센터장은 “코로나19 상황에도 불구하고 제3회 순환유동층 보일러 국제회의가 성공적으로 개최된 것은 지속적인 기술 발전의 요구에 국제 산학협력의 중요성이 증가한 데 따른 것”이라며 “이는 순환유동층 보일러 국제회의가 전 세계적으로 유일하게 국제 산학협력을 추진하는 활발한 플랫폼으로 격상되었다는 뜻이기도 하다”고 설명했다. 김준용 기자 jykim@kookje.co.kr



제3회 순환유동층 보일러 국제회의 주요 발표내용

- Hairui Yang 교수(중국 칭화대): 순환유동층 보일러 입자(Geldart B type Particle)의 유동 regime 전환에 대한 최신 실험 및 모델링 결과 소개

- Jesse Zhu 교수(캐나다 Western University): 유동에 대해 순환유동층 보일러 특성을 고려해 실용적인 관점에서 four-quardrant map의 개념 소개

- 한국남부발전 삼척발전본부: 세계 최초 550MWe 초초임계 순환유동층 보일러의 운전 특성 및 개선 사례 소개

- China Energy Group: 2*660MWe 세계 최대 용량 초임계 순환유동층 보일러의 설계 및 초기 운전 경험 소개

- 폴란드 Łagisza 발전소: 세계 최초 초임계 순환유동층 보일러를 보유하고 있음. 10년 동안의 운전 및 개선 노하우 소개

- 중국 Gemeng Int‘l 그룹: 세계적으로 높은 운전 수준으로 알려져 있음. 보유하고 있는 2*350MWe 초임계 순환유동층 보일러 운전 경험으로 energy saving 및 emission reduction 측면에서의 성공 사례와 이로 인해 발생한 경제적 효과를 소개. 순환유동층 보일러에서 자주 일어나는 마모 문제를 해결해 장기간 운전 개선 경험 및 신재생에너지 증가에 따른 flexible operation 경험을 소개

- Jianbo Li 교수(중국 중경대학교) 및 Tomas Leffler 박사(스웨덴), Zhao Yang 박사(중국 과학원) 등: 순환유동층 보일러에서 저등급 연료를 사용할 때 발생할 수 있는 응집 문제에 대한 연구와 이에 대한 메커니즘 및 다양한 방지책 소개

- Artur Błaszczuk 교수(폴란드 Czestochowa Univ. of Technology): 유동층 보일러에서 열전달을 강화하는 최신 연구성과 소개

- Runxia Cai 박사(미국 North Carolina State University): 대형 유동층 열교환기에 존재하는 불균일성 연구 및 이에 관한 모델링 연구(보일러 scale-up 및 steam 파라미터 증가라는 배경에서 큰 의미를 가짐.)

- Fabrizio Scala 교수(이탈리아 University of Naples Federico II): 유동층 기술을 바탕으로 하는 CCU(탄소 포집·저장) 기술에 대한 최신 연구 성과 소개(탄소중립 배경에서 유동층 기술의 다양한 적용 분야를 보여줌.)

- 기타: 순환유동층 보일러에서의 질소산화물 배출 특성, 탈황 효율 향상, 수치해석을 통한 최적화, 싸이클론(cyclone) 효율 향상 등