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표목차
그림목차
칼라
목차
제1장 서론 17
제1절 개요 17
제2절 개발되어야 할 요소기술 23
1. Precombustor 24
2. 수냉식 순환장치 24
3. SO₂ 저감장치 25
4. Coal feeding system 25
제3절 연구개발 전략 26
1. 선진국의 기술개발 체계 26
2. 우리나라의 연구개발 목표 및 전략 28
제2장 Cyclone 연소기 특성 및 개발현황 30
제1절 기본 원리 및 특성 30
제2절 기술 개발 현황 35
1. 선진국의 기술개발 동향 36
2. 국내의 연구개발 현황 44
3. 기술수준의 비교 45
제3장 이론적 고찰 47
제1절 목적 및 배경 48
제2절 수학적 모델 및 해법 52
1. 기상지배방정식의 유도 54
2. 난류 모델 58
3. 고상 입자의 지배방정식 65
4. 이산화방정식 및 TDMA 알고리즘 70
5. 수치해석 알고리즘 74
제3절 수치해석 결과 및 토론 79
제4절 수치해석 결론 121
제4장 Cold Model Test 124
제1절 실험 장치 및 방법 124
제2절 실험 결과 및 고찰 127
1. 유입각 77 ˚ 및 유입구 내경 3cm일 때 유량의 변화에 따른 유체의 유동 현상 127
2. 유입각 60 ˚ 및 유입구 내경 3cm일 때 유량의 변화에 따른 유체의 유동 현상 135
3. 유입각 45 ˚ 및 유입구 내경 3cm일 때 유량의 변화에 따른 유체의 유동 현상 142
4. 유입각 77 ˚ 및 유입구 내경 2.5cm일 때 유량의 변화에 따른 유체의 유동 현상 148
5. 공급 유체의 유입 조건에 따른 실험 결과 비교 155
제5장 실험용 연소기 개발 및 연소성능 실험 157
제1절 시료탄의 선정 157
1. 석탄의 slagging 성향 157
2. 석탄회분의 특성분석 및 슬래깅 성향 평가 166
제2절 연소성능 계산 방법 175
1. 연소기 용량(combustor capacity) 175
2. 공기비(air ratio) 175
3. 연소 생성물 176
4. 탄소전환율(carbon conversion) 177
5. 회분제거율(Slag removal ratio) 178
6. 미연탄소분(unburned carbon) 179
7. 석탄입자의 연소시간 180
8. 가스의 체재시간 181
9. 용융온도 및 slag 점도 182
10. Slag층 두께 예측 183
제3절 실험장치 및 방법 186
1. 연소용 공기 공급장치 186
2. Coal Feeder 192
3. 연소가스 및 Fly Ash Sampling Probe 193
4. 배기가스 배출장치 196
5. 예열장치 196
제4절 실험용 연소기 개발 198
1. 개발 배경 198
2. 2단 연소식 Cyclone 연소기 설계 및 제작 205
제5절 연소성능 실험 221
제6장 결론 232
참고문헌 235
부록 240
1. The Quantity of Air Supply and Inlet Velocity at Alaska Coal Combustion 241
2. The Quantity of Air Supply and Inlet Velocity at Roto Coal Combustion 244
3. Alaska Coal Carbon Conversion Ratio 247
4. Roto Coal Carbon Conversion Ratio 248
5. Flow meter calibration 249
6. Coal feeder calibration 251
7. Schematic of the grid layout 252
8. Schematic(Schemetic) of the cylindilical grid layout 253
9. Schematic(Schemetic) of the staggered layout 254
10. Grid size sensitivity test on axial velocity 255
11. Grid size sensitivity test on tangential velocity 256
12. Effect of turbulence intensity on axial velocity 257
13. Effect of turbulence intensity on tangential velocity 258
(표 3-1) Expressions for Γφ and Sφ for k-ε turbulence model.(이미지참조) 63
(표 3-2) Standard Computational Condition 80
(표 4-1) 유입각 77 ˚ 및 유입구 내경 3cm에서의 유체흐름 측정결과 128
(표 4-2) 유입각 60 ˚ 및 유입구 내경 3cm에서의 유체흐름 측정결과 137
(표 4-3) 유입각 45 ˚ 및 유입구 내경 3cm에서의 유체흐름 측정결과 143
(표 4-4) 유입각 77 ˚ 및 유입구 내경 2.5cm에서의 유체흐름 측정결과 149
(표 5-1) 대상탄의 공업분석 및 원소분석 167
(표 5-2) 대상탄 회분의 화학적조성 분석 168
(표 5-3) 대상탄 회분의 용융온도 170
(표 5-4) 운전조건에 따른 연소성능 측정 결과 222
［그림 2-1］ Principles of operation of a Cyclone combustor 31
［그림 2-2］ TRW Cyclone combustor 39
［그림 2-3］ Coal Tech. Cyclone combustor 39
［그림 2-4］ TransAlta Cyclone combustor 42
［그림 2-5］ AVCO Cyclone combustor 42
［그림 3-1］ Schematic diagram of experimental facility 53
［그림 3-2(a)］ Velocity plots of 1% inlet turbulence intensities 81
［그림 3-2(b)］ Velocity plots of 5% inlet turbulence intensities 82
［그림 3-2(c)］ Velocity plots of 10% inlet turbulence intensities 83
［그림 3-2(d)］ Velocity plots of 20% inlet turbulence intensities 84
［그림 3-3］ Positions and angles of air inlet & vortex types 86
［그림 3-4］ Velocity plots of standard conditions vr＝-5m／s, vθ＝10m／s(이미지참조) 87
［그림 3-5］ Particle trajectory plots for 1μ, 5μ, 10μ particle size 88
［그림 3-6］ Velocity plot of Vθ(이미지참조)＝50m／s 89
［그림 3-7］ Velocity plot of Vθ(이미지참조)＝80m／s 90
［그림 3-8］ Velocity plot of Vθ(이미지참조)＝100m／s 91
［그림 3-9］ Velocity plot of Vθ(이미지참조)＝120m／s 93
［그림 3-10］ Velocity plot of Vθ(이미지참조)＝150m／s 94
［그림 3-11］ Tangential velocity in radial direction at x＝0.1m 95
［그림 3-12］ Tangential velocity in radial direction at x＝0.2m 96
［그림 3-13］ Axial velocity in radial direction at x＝0.1m 97
［그림 3-14］ Axial velocity in radial direction at x＝0.2m 98
［그림 3-15］ Tangential velocity at x＝0.1m for υθ(이미지참조)＝50m／s 99
［그림 3-16］ Tangential velocity at x＝0.1m for υθ(이미지참조)＝80m／s 100
［그림 3-17］ Tangential velocity at x＝0.1m for υθ(이미지참조)＝100m／s 101
［그림 3-18(a)］ Sensitivity test of inlet area(1.3cm) for υθ(이미지참조)＝120m／s 103
［그림 3-18(b)］ Sensitivity test of inlet area(2.6cm) for υθ(이미지참조)＝120m／s 104
［그림 3-18(c)］ Sensitivity test of inlet area(5.2cm) for υθ(이미지참조)＝120m／s 105
［그림 3-19(a)］ Sensitivity test of inlet area(1.3cm) for υθ(이미지참조)＝150m／s 106
［그림 3-19(b)］ Sensitivity test of inlet area(2.6cm) for υθ(이미지참조)＝150m／s 107
［그림 3-19(c)］ Sensitivity test of inlet area(5.2cm) for υθ(이미지참조)＝150m／s 108
［그림 3-20(a)］ Velocity plots in terms of υr(이미지참조)＝-10m／s 109
［그림 3-20(b)］ Velocity plots in terms of υr(이미지참조)＝-20m／s 110
［그림 3-20(c)］ Velocity plots in terms of υr(이미지참조)＝-30m／s 111
［그림 3-21(a)］ Velocity plots in terms of the exit radius 2.9cm 112
［그림 3-21(b)］ Velocity plots in terms of the exit radius 6.9cm 113
［그림 3-21(c)］ Velocity plots in terms of the exit radius 8.9cm 114
［그림 3-22(a)］ Velocity plots by RNG k-ε model for υθ(이미지참조)＝80m／s 115
［그림 3-22(b)］ Velocity plots by RNG k-ε model for υθ(이미지참조)＝90m／s 116
［그림 3-23(a)］ Velocity plots by RNG k-ε model for υθ(이미지참조)＝100m／s 117
［그림 3-23(b)］ Velocity plots by RNG k-ε model for υθ(이미지참조)＝150m／s 118
［그림 3-24(a)］ Velocity plots for the main combustor υθ(이미지참조)＝50m／s 119
［그림 3-24(b)］ Velocity plots for the main combustor υθ(이미지참조)＝120m／s 120
［그림 4-1］ Cold model test 장치 설계 도면 125
［그림 4-2］ 유체의 선속 및 흐름각 측정을 위한 실험장치 구성도 126
［그림 4-3］ 공급유량 1.0㎥／min일 때의 유체의 흐름 현상 (유입각 : 77 ˚, 유입구 내경 : 3cm) 129
［그림 4-4］ 공급유량 1.5㎥／min일 때의 유체의 흐름 현상 (유입각 : 77 ˚, 유입구 내경 : 3cm) 130
［그릴 4-5］ 공급유량 2.0㎥／min일 때의 유체의 흐름 현상 (유입각 : 77 ˚, 유입구 내경 : 3cm) 132
［그림 4-6］ 공급유량 2.5㎥／min일 때의 유체의 흐름 현상 (유입각 : 77 ˚, 유입구 내경 : 3cm) 134
［그림 4-7］ 공급유량 1.0㎥／min일 때의 유체의 흐름 현상 (유입각 : 60 ˚, 유입구 내경 : 3cm) 136
［그림 4-8］ 공급유량 1.5㎥／min일 때의 유체의 흐름 현상 (유입각 : 60 ˚, 유입구 내경 : 3cm) 138
［그림 4-9］ 공급유량 2.0㎥／min일 때의 유체의 흐름 현상 (유입각 : 60 ˚, 유입구 내경 : 3cm) 139
［그림 4-10］ 공급유량 2.5㎥／min일 때의 유체의 흐름 현상 (유입각 : 60 ˚, 유입구 내경 : 3cm) 141
［그림 4-11］ 공급유량 1.0㎥／min일 때의 유체의 흐름 현상 (유입각 : 45 ˚, 유입구 내경 : 3cm) 142
［그림 4-12］ 공급유량 1.5㎥／min일 때의 유체의 흐름 현상 (유입각 : 45 ˚, 유입구 내경 : 3cm) 145
［그림 4-13］ 공급유랑 2.0㎥／min일 때의 유체의 흐름 현상 (유입각 : 45 ˚, 유입구 내경 : 3cm) 146
［그림 4-14］ 공급유량 2.5㎥／min일 때의 유체의 흐름 현상 (유입각 : 45 ˚, 유입구 내경 : 3cm) 147
［그림 4-15］ 공급유량 1.0㎥／min일 때의 유체의 흐름 현상 (유입각 : 77 ˚, 유입구 내경 : 2.5cm) 150
［그림 4-16］ 공급유량 1.5㎥／min일 때의 유체의 흐름 현상(유입각 : 77 ˚, 유입구 내경 : 2.5cm) 151
［그림 4-17］ 공급유량 2.0㎥／min일 때의 유체의 흐름 현상 (유입각 : 77 ˚, 유입구 내경 : 2.5cm) 152
［그림 4-18］ 공급유량 2.5㎥／min일 때의 유체의 흐름 현상 (유입각 : 77 ˚, 유입구 내경 : 2.5cm) 154
［그림 5-1］ B／A ratio에 따른 T250(이미지참조)의 변화 163
［그림 5-2］ 철 성분의 함량에 따른 용융온도 변화 171
［그림 5-3］ 6가지 슬레깅 지수에 의한 슬레깅 성향 평가결과 172
［그림 5-4］ Urbain 식으로 계산한 Alaska, Roto탄 회분의 온도에 따른 점도 174
［그림 5-5］ 실험장치 개략도 188
［그림 5-6］ Air compressor 189
［그림 5-7］ Air cleaning system 189
［그림 5-8］ 공기 및 연료 유입구 제작 도면 190
［그림 5-9］ LPG gas burner 191
［그림 5-10］ 연소가스 및 fly ash sampling probe 194
［그림 5-11］ Data Acquisition System 195
［그림 5-12］ 75kW급 수직형 Cyclone combustor 제작 도면 199
［그림 5-13］ 실험 대상탄의 연소성능 비교(75kW급 연소기) 201
［그림 5-14］ Slag port에 포집된 Alaska탄 회재 202
［그림 5-15］ Slag port에 포집된 Pasir탄 회재 202
［그림 5-16］ Slag port에 포집된 Ulan탄 회재 203
［그림 5-17］ Slag port에 포집된 혼합탄 회재 203
［그림 5-18］ 1MW급 Cyclone combustor 제작 도면 209
［그림 5-18(a)］ Precombustor part［A］ 제작 도면 210
［그림 5-18(b)］ Precombustor part［B］ 제작 도면 211
［그림 5-18(c)］ Precombustor part［C］ 제작 도면 212
［그림 5-18(d)］ Main Combustor part［D］ 제작 도면 213
［그림 5-18(e)］ Main Combustor part［E］ 제작 도면 214
［그림 5-18(f)］ Main Combustor part［F］ 제작 도면 215
［그림 5-18(g)］ Main Combustor part［G］ 제작 도면 216
［그림 5-18(h)］ Slag port 제작 도면 217
［그림 5-18(i)］ Heat exchanger 제작 도면 218
［그림 5-19］ 연소실험중의 Cyclone 연소기 223
［그림 5-20］ 2단연소시 연소실 로벽 온도분포 224
［그림 5-21］ 2단연소시 배출되는 연소가스 조성 224
［그림 5-22］ 1단연소시 연소실 로벽 온도분포 225
［그림 5-23］ 1단연소시 배출되는 연소가스 조성 225
［그림 5-24］ Precombustor 운전조건에 따른 연소실 로벽 온도분포 226
［그림 5-25］ Precombustor 운전조건에 따른 배출 연소가스 조성 226
［그림 5-26］ 각 운전조건에 따른 탄소전환율의 비교 227
［그림 5-27］ 2단연소시 배출 연소가스의 안정된 화염 229
［그림 5-28］ 2단연소시 대기로 배출되는 배기가스 상태 229
［그림 5-29］ 1단연소시 배출 연소가스의 불안정한 폭발화염 230
［그림 5-30］ 1단연소시 대기로 배출되는 배기가스 상태 230
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