저탄장 저급탄의 자연발화 방지기술 연구

• 영문명: Prevention of spontaneous combustion in coal stockpile: Field test of spontaneous ignition inhibitor in outdoor coal stockpile
• 발행기관: 한국화재소방학회
• 저자명: 신동익 박석운 장지훈 김재관 엄태인
• 간행물 정보: 『한국화재소방학회 학술대회논문집』2022년도 추계학술대회 논문집, 145~145쪽, 전체 1쪽
• 주제분류: 공학 > 공학일반
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2022.11.17

국문 초록

자연발화(Spontaneous Ignition)는 외부에서 착화원이 없는 상태에서 자발적으로 발열 및 열 축적으로 발화점에 도달함으로써 연소가 일어나는 현상으로 주변 대기유동 및 환경조건의 영향에 따라 발화 특성이 크게 달라질 수 있다. 발전소 저탄장에 저장된 석탄의 경우, 대기 중 수분 및 산소와의 접촉으로 발생한 열은 석탄 표면과 내부 층에 축적되어 자연발화를 일으킨다. 실제 보관 중 자연발화가 발생한 아역청탄 계열의 Berau 및 Flame탄의 발화 연기를 포집하여 Gas Chromatography를 이용해 가스의 종류 및 농도를 분석한 결과 40여 종의 휘발성 유기화합물이 검출되었으며 이러한 불완전 연소가스의 악취로 인한 민원이 지속적으로 접수되고 있다. 그러므로 자연발화의 특성에 대한 이해를 통해 저탄장(Coal pile)에서 발생하는 자연발화에 대한 저감기술의 적용이 이루어져야 한다. 본 연구에서는 고 미연분 석탄회를 활용한 자연발화 방지제(Inhibitor) 및 배합⋅분사 시스템을 개발하여 Lab.급, Pilot급의 실험을 거친 뒤, 운영 중인 발전소 저탄장 현장 실험을 통한 성능평가를 진행하였다. 방지제는 석탄 파일 표면에서 경화되어 대기 중 산소와 수분이 파일 내부로 침투되는 현상을 차단하여 산화반응을 억제하는 원리로 작용한다. 너비 40m, 높이 12m, 길이 20m 석탄 파일의 경사면에 3m × 3m 격자를 따라, 각 격자점에 0.1m, 0.5m, 1.0m 깊이에 온도센서(총 108개)를 설치하였으며, 2,240㎡ 면적에 자연발화 방지제를 도포하고 나머지 영역은 미 도포하여 각각의 데이터를 취득하였다. 자연발화 방지제 도포 후, 약 45일 동안 온도 데이터를 취득하여 시간별 온도변화와 도포 여부에 따른 온도 상승률 차이를 관찰함으로써 발화방지제의 효과를 검증하였다. 방지제를 도포하지 않은 경우, 외부 공기는 주로 바닥면과 석탄 파일이 접한 공극률이 큰 부근으로 유입되기 시작하며, 내부에서 화학반응으로 발생한 산화열이 정체되어 바닥으로부터 높이 4m의 경계면 내부에서 0.46~0.56℃/min(45일간 45℃)의 최대 온도 상승률을 보였다. 반면, 방지제가 도포된 영역은 산소 및 수분의 침투를 억제함으로써 초기 석탄 파일의 온도가 35일 이상 유지되었으며, 45일의 총 시험 기간 동안 4℃ 상승에 그쳐 95% 이상의 발화 방지 효과를 보이는 것으로 검증되었다.

키워드

Spontaneous Ignition Coal pile Oxidation Heat Inhibitor