저등급석탄을 발전용 고급석탄으로

석탄을 전량 수입에 의존하는 우리나라는 연간 석탄 사용량이 세계 9위로, 금액으로는 10조 원에 달합니다.

국가별 석탄 사용현황

게다가 중국과 인도의 개발정책으로 고품위 석탄 가격이 급등해 국내 석탄용 화력발전소를 위한 고품위석탄을 안정적으로 공급받기 어려워지고 있습니다.

이처럼 고품위석탄의 확보가 어려워지면서 열량이 낮은 저등급석탄 수입이 증가되고 있는데, 발전용 석탄 수입량은 2009년 7500만 톤에서 2010년 9000만 톤으로 급증했습니다.

저등급 석탄은 수분 함량이 많고(30~50%) 열량이 낮으면서 자연발화 가능성이 크기 때문에 발전소에서 사용하기에 어려움이 있고, 또 효율이 낮아 단위전력 생산에 필요한 석탄 사용량이 증가되어 이산화탄소 발생량을 급증시키고 있습니다.

우리나라 수입 석탄 공급의 45%를 차지하고 있는 인도네시아는 2014년 이후 저열량탄 수출을 금지하는 법안을 발효시킬 것으로 예상되면서 국내 석탄 수급은 더욱 큰 어려움을 겪을 전망입니다.

■ 한국에너지기술연구원은 이시훈 박사팀은 수분이 많고 열량이 낮은 저등급석탄을 건조와 수분 재침투를 방지해 열량을 획기적으로 높혀 발전소에서 활용 할 수 있는 고품위화 기술을 독자적으로 개발했습니다.

유동층 건조기술에 의한 저등급석탄 고품위화 장치 (10톤/일)

이시훈 박사팀이 개발한 저등급석탄 고품위화 기술은 발전소 현장에서 적용되는 '유동층 건조 기술'과 탄광 현장에서 적용되는 '기름침적 건조기술'로 구분됩니다.

'유동층 건조 기술'은 수분 함량 35%의 저등급석탄을 분쇄하여 유동층 건조기로 이동시킨 후 발전소 굴뚝에서 빠져나가는 폐열을 이용, 약 150℃의 배가스를 주입하여 분쇄된 석탄을 가스상에서 부유시켜 수분을 제거시켜 고품위화 하는 기술입니다.

이 기술로 고품위화 공정을 거치게 되면, 하루 10톤의 저등급석탄으로 8톤에 해당하는 고품위석탄 생산이 가능합니다.

또한 공정 과정도 기존 기술에 비해 장치가 단순하며 운전이 용이해 10%이상 비용을 절감할 수 있습니다.

당진화력발전소 pilot plant

■ '기름 침적 건조기술'은 저등급석탄을 탄광 현장에서 직접 수분을 제거하여 고품위화 시키고, 고분자를 입혀 안정화 시킴으로써 장거리 운송되는 동안 자연발화되는 것을 방지하는 기술입니다.

이 기술은 탄광 현장에서 분쇄된 저등급석탄을 고분자화합물이 용해된 기름과 혼합한 후 고속 원심분리기를 이용하여 고분자화합물이 코팅된 석탄을 분리하고, 고온의 스팀을 이용한 회전형 건조기로 수분을 제거하여 고품위화하는 기술입니다.

이를 통해 하루 5톤의 저등급석탄으로 4톤에 달하는 고품위 석탄을 안정화 시킬 수 있습니다.

또 기존 기술에 비해 석탄안정화에 사용되는 기름의 소모량을 20% 이상 절감시킬 수 있습니다..

이번 기술 개발로 저등급석탄의 열량과 효율을 높여 사용하게 된다면 500MW 발전소 1기당 석탄 운송비용을 연간 50억원 절감할 수 있고, 석탄 사용량에서도 300억 원을 절감할 수 있습니다.

게다가 발전효율도 2.5% 증가하는 반면 이산화탄소 발생량은 10% 줄어 환경 효과까지 얻을 수 있습니다.

이번 연구에는 한국동서발전과 한국남동발전 등 발전사와  이테크건설, 동원이엔텍, 서울샤프중공업 등 EPC 업체가 참여했습니다.

한국에너지기술연구원은 이번에 개발된 기술을 바탕으로 인도네시아와 석탄자원 협력체계를 구축하고, 장기적으로는 인도네시아 외에도 호주가 보유하고 있는 수분 50% 이상의 고수분 저등급석탄에 연구원의 이 기술을 적용할 방침입니다.

이를 위해 한국에너지기술연구원은 최근 인도네시아 현지에서 탄광업체를 대상으로 기술 설명회를 가졌고, 이어 인도네시아 에너지광물자원부 소속 정부출연연구기관인 에너지자원연구소(tekMIRA)와 기술 및 인력교류를 위한 양해각서를 체결했습니다.

또  이 기술을 중국과 인도 등 최근 급격하게 시장이 커지고 있는 개발도상국에 수출할 계획입니다.

   

기름침적건조기술 개발결과 석탄 특성변화

유동층 건조기술 개발결과 석탄 특성변화

국내 업체의 인도네시아 탄광개발 현장