고체 입자 복합 처리공정 내 고온 공정의 열 성능평가

Abstract

고체 입자 복합 처리공정에는 시멘트 생산, 금속 제련, 슬래그 중화 공정 등이 있으며, 고온 공정부가 포함되어 있고 산업 공정의 규모가 대형화 되면서 큰 에너지 투입량 및 열량을 필요로 하게 되었다. 따라서 에너지 검토를 통한 에너지 이용에 대한 연구 및 관리가 필수적으로 요구되며, 이에 따라 본 연구에서는 고체 입자 복합 처리공정의 에너지 검토 및 관리를 위한 일반화 된 열 성능평가 도출 절차와 기준에 대해 정리하였다. 정리한 평가 절차 및 기준을 통해 목적과 구성이 동일한 공정 간의 비교와 동일한 목적에 대해 구성이 상이한 공정 간의 비교를 사례로 적용하였다. 평가 및 해석대상이 되는 상이하고 복잡한 구성을 가진 여러 가지 고체 입자 복합 처리공정에 대해 일반화 된 열 성능평가 방법으로 접근하기 위하여, 해석대상에 대해 분할 및 단순화, 정형화, 모듈화 및 모듈의 결합 과정을 통한 해석 시스템을 구성 방법을 제안하였다. 복잡한 구성을 갖는 실제 시스템에 대해 일반적인 방법론을 통해 접근함으로써, 향후 고온 공정부를 포함한 목적과 투입 자원이 다른 시스템을 구성하는데도 적용할 수 있는 유연성을 확보하였다. 또한, 공정 간 비교 평가 시 공정 간 목적과 구성의 유사성 및 상이성을 바탕으로 비교평가의 가능성 여부에 대해 정리하였다. 본 연구에서는 시스템의 해석방법으로 해석의 복잡성을 증가시키지 않는 현실적이고 합리적인 해석방법인 시스템 접근방법을 제안하였다. 또한, 상세한 물질 및 에너지 분석방법(에너지의 양적인 정보)과 추가적인 엑서지 분석방법(에너지의 질적인 정보)을 기본 원리로 하여 열 성능평가 절차를 정리하였다. 한편, 연속된 공정의 열 성능평가의 경우에는 공정의 성능평가 방법으로 각 세부 공정 내 반응기들의 열역학적 효율 등의 단순 비교는 운전 조건 및 상황에 따라 무의미 할 수 있으므로, 최종적 유용성을 보이는 방안으로 물질 처리량 및 에너지 소요량 지표를 평가 기준으로 제시하였다. 본 연구는 평가 대상이 되는 여러 가지 공정에 대해 일반화 된 열 성능평가 방법으로 접근할 수 있도록 절차 및 기준을 체계화 했다는데 의의가 있다. 또한, 연속된 공정의 열 성능평가의 경우 단순한 열역학적 효율 등의 비교가 아닌 복합적인 전후 상황 및 에너지가 활용된 조건 등을 고려하여 성능평가를 진행해야 함을 설명하였고, 성능평가 범위를 다양한 평가 지표로 확장시켰다는 점에서 의의가 있다. 정리한 일반화 된 열 성능평가 절차 및 기준에 따라 해석하고자 하는 공정의 구성에 맞추어, 각 요소를 추가하거나 제외함으로써 신규 개발 공정, 광물 처리 공정, 그리고 기존에 운전 중인 공정 등 다양한 상황에 접근할 수 있을 것으로 기대한다.