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ABSTRACT
그림목차
표목차
칼라
목차
제1장 서론 19
제1절 개요 19
제2절 연구수행 내용 22
1. Cyclone 연소기 난류 반응장 고도 수치해석 23
2. 석탄연소실험 23
3. 배가스 처리용 Cyclone 연소기 개발 및 성능실험 25
제2장 1차년도 연구내용 및 결과 정리 27
제1절 Cyclone 연소기 특성 및 개발 현황 27
1. 기본원리 및 특성 27
2. 기술개발 현황 28
제2절 이론적 고찰 30
제3절 Cold Model Test 32
1. 사용 유량의 변화에 따른 영향 32
2. 유입각의 변화에 따른 영향 33
3. 초기 유체 선속의 변화에 따른 영향 33
제4절 2단 연소식 Cyclone 연소기 시제품 개발 34
1. 개발 배경 34
2. 2단 연소식 Cyclone 연소기 설계 및 제작 36
3. 연소실험 결과 40
제3장 Cyclone 연소기 난류 반응장 고도 수치해석 42
제1절 난류 반응 모델의 수학적 해법 43
1. Eddy breakup 모델 44
2. 엔탈피 벽함수(Wall Function) 모델 48
제2절 2단 연소식 Cyclone 연소기 반응장 연구 50
1. 공기 유입구 크기의 영향 51
2. 석탄 공급량 변화의 영향 52
가. 2차공기 유입구 위치가 연소실 상단에서 17.5cm인 경우 53
나. 2차공기 유입구 위치가 연소실 상단에서 2cm인 경우 57
3. 실험변수의 수치해석에 의한 연소성능 예측 58
가. 공기 유입각의 영향 59
나. 연소생성가스 유입구 위치 변화의 영향 60
4. 온도 측정자료와 비교 60
5. 접선방향 속도분포 61
제3절 후연소로 유동장 연구 62
1. 표준조건 63
2. 출구면적 변화의 영향 64
3. 유입각 변화의 영향 65
4. Cyclone 크기 변화의 영향 66
5. 배가스 온도 변화의 영향 67
6. 후연소로 설계제원에 대한 유동장 검정 68
제4절 수치해석 결론 69
제4장 석탄 연소용 Cyclone 연소기 성능실험 103
제1절 시료탄 선정 103
1. 공업분석 및 원소분석 103
2. 회분의 화학조성 분석 104
3. 시료탄 회분의 용융온도 측정 105
4. 회분의 흐름성 고찰 106
제2절 실험장치 및 방법 107
1. 연소용 공기 공급장치 107
2. Coal Feeder 109
3. 연소가스 및 Fly Ash Sampling Probe 109
4. 연소가스 배출장치 110
5. 예열장치 110
제3절 연소성능 계산 방법 113
1. 연소기 용량(combustor capacity) 113
2. 공기비(air ratio) 113
3. 연소 생성물 114
4. 탄소전환율(carbon conversion) 115
5. 회분제거율(Slag removal ratio) 116
6. 미연탄소분(unburned carbon) 116
제4절 연소성능실험 결과 117
1. 실험조건 및 실험변수의 영향 118
2. 석탄 공급량 변화의 영향 125
3. 공기비 변화의 영향 130
제5절 Cyclone 연소기 성능실험 결론 134
제5장 배가스 처리용 후연소로 제작 및 성능실험 143
제1절 개발 배경 143
1. 축열매체소각로의 특징 144
가. 소각원리 144
나. 축열매체소각로 구조 145
다. 축열매체소각로의 장점 145
2. 후연소로 개발의 필요성 147
3. 소각로배가스처리를 위한 후연소로의 특성 148
가. 입구 149
나. 몸체와 원추부 150
다. 분진퇴적함 152
라. 출구 152
4. 문헌정보 153
제2절 후연소로 설계, 제작 및 설치 157
제3절 후연소로 성능실험 및 결과 165
1. 실험장치 및 방법 165
2. 실험결과 166
가. 배가스 유입속도 변화 166
나. 후연소로 운전온도 변화 171
제4절 후연소로 성능실험 결론 175
제6장 결론 177
1. 수치해석 177
2. 석탄연소용 Cyclone 연소기 성능실험 177
3. 후연소로 성능실험 178
참고문헌 179
(표 3-1) Computational Test Condition I 54
(표 3-2) Computational Test Condition II 55
(표 3-3) Standard Computational Condition 64
(표 3-4) Operation Condition 68
(표 4-1) Peco-semi탄의 공업분석 및 원소분석 결과 104
(표 4-2) 시료탄 회분의 화학적조성 분석 104
(표 4-3) 시료탄 회분의 용융온도 106
(표 4-4) 2단 연소기 성능실험 변수 및 실험조건 118
(표 4-5) 연소성능실험 결과 (시료탄 공급량 : 30 kg／hr, 공기비 : 1.0) 119
(표 4-6) 석탄 공급량 변화시 연소성능 실험결과 126
(표 4-7) 공기비 변화시 연소성능 실험결과 130
(표 5-1) 접선유입구형 Cyclone 집진기의 설계치수비 150
(표 5-2) 후연소로 설계 제원 158
(표 5-3) 입구속도 변화실험 결과 168
(표 5-4) 후연소로 운전온도 변화 실험 결과 172
［그림 2-1］ Cyclone 유동 29
［그림 2-2］ 2단 연소식 Cyclone 연소기 설계도면 39
［그림 3-1］ Comparison of velocity vector plots of Precombustor for various inlet area (Coal 30 kg／hr) 71
［그림 3-2］ Comparison of velocity vector plots of Precombustor for various inlet area (Coal 40 kg／hr) 72
［그림 3-3］ Comparison of velocity vector plots of Precombustor for various inlet area (Coal 50 kg／hr) 73
［그림 3-4］ Comparison of pressure contours for various inlet area (Coal 40 kg／hr) 74
［그림 3-5］ Comparison of velocity vector plots of main combustor for various inlet area (Coal 40 kg／hr) 75
［그림 3-6］ Velocity vector plot, temperature plot and fuel fraction plot of Precombustor (Coal 20 kg／hr) 76
［그림 3-7］ Velocity vector plot, temperature plot and fuel fraction plot of Precombustor (Coal 30 kg／hr) 77
［그림 3-8］ Velocity vector plot, temperature plot and fuel fraction plot of Precombustor (Coal 35 kg／hr) 78
［그림 3-9］ Velocity vector plot, temperature plot and fuel fraction plot of Precombustor (Coal 40 kg／hr) 79
［그림 3-10］ Velocity vector plot, temperature plot and fuel fraction plot of Main Combustor (Coal 20 kg／hr) 80
［그림 3-11］ Velocity vector plot, temperature plot and fuel fraction plot of Main Combustor (Coal 30 kg／hr) 81
［그림 3-12］ Velocity vector plot, temperature plot and fuel fraction plot of Main Combustor (Coal 35 kg／hr) 82
［그림 3-13］ Velocity vector plot, temperature plot and fuel fraction plot of Main Combustor (Coal 40 kg／hr) 83
［그림 3-14］ Velocity vector plot, temperature plot and fuel fraction plot of Precombustor (Coal 20 kg／hr, X1＝2 cm) 84
［그림 3-15］ Velocity vector plot, temperature plot and fuel fraction plot of Precombustor (Coal 30 kg／hr, X1＝2 cm) 85
［그림 3-16］ Velocity vector plot, temperature plot and fuel fraction plot of Main Combustor (Coal 30 kg／hr, X1＝ 2cm) 86
［그림 3-17］ Particle trajectory plot for coal 30 kg／hr 87
［그림 3-18］ Velocity vector plot, temperature plot and fuel fraction plot of Precombustor with injection angle 80° (Coal 30 kg／hr) 88
［그림 3-19］ Velocity vector plot, temperature plot and fuel fraction plot of Main combustor with injection angle 80° (Coal 30 kg／hr) 89
［그림 3-20］ Velocity vector plot, temperature plot and fuel fraction plot of Main Combustor with second air inlet 2 cm 90
［그림 3-21］ Comparison of temperature profile for second air inlet 2 cm between this prediction and experimental data 91
［그림 3-22］ Comparison of tangential velocity profiles for Precombustor at X＝11, 17, 21, 25 cm (second air inlet 2 cm) 92
［그림 3-23］ Comparison of tangential velocity profiles for Main Combustor at X＝15, 25, 35, 45 cm (second air inlet 2 cm) 92
［그림 3-24］ Velocity vector, streamline and particle trajectory plots (XL＝2m, θ＝60°, Vr＝28.3m／s, Vθ＝49.02m／s)(이미지참조) 93
［그림 3-25］ Comparison of tangential velocity profiles at X＝0.4, 0.6, 0.8, 1.0 m (exit radius＝0.25m, XL＝2m, θ＝60°) 94
［그림 3-26］ Comparison of velocity vector plots between exit radius＝0.25, 0.175 m (XL＝2m, θ＝60°) 95
［그림 3-27］ Comparison of tangential velocity profiles at X＝0.4, 0.6, 0.8, 1.Om (exit radius＝0.175m, XL＝2m, θ＝60°) 96
［그림 3-28］ Comparison of velocity vector plots according to injection angle (XL＝2m) 97
［그림 3-29］ Comparison of velocity vector plots according to injection angle (XL＝4m) 98
［그림 3-30］ Comparison of tangential velocity profiles at X＝0.4, 0.6, 0.8, 1.0, 1.2, 1.4m (exit radius＝0.25m, XL＝2m, θ＝60°) 99
［그림 3-31］ Comparison of velocity vector plots according to Temp. 500K, 1000K 100
［그림 3-32］ Comparison of streakline plots according to Temp. 500, 750, 1000K (XL＝2 m, θ＝60°) 101
［그림 3-33］ Velocity vector, streamline and particle trajectory plots for desined Combustor (XL＝2m, θ＝60°, Vθ(이미지참조)＝11.6m／s) 102
［그림 4-1］ Urbain 식으로 계산한 Peco-semi탄과 Alaska탄 회분의 온도에 따른 점도 107
［그림 4-2］ 실험장치 개략도 112
［그림 4-3］ 연소실 내벽온도 분포 (시료탄 공급량 : 30 kg／hr, 공기비 : 1.0) 120
［그림 4-4］ 연소가스 조성 (시료탄 공급량 : 30 kg／hr, 공기비 : 1.0) 120
［그림 4-5］ 석탄공급량 변화시 연소실 내부온도 분포(실험조건II, III) 127
［그림 4-6］ 석탄공급량 변화시 O2 농도 변화(실험조건II, III) 128
［그림 4-7］ 석탄공급량 변화시 CO2 농도 변화(실험조건II, III) 128
［그림 4-8］ 석탄공급량 변화시 CO 농도 변화(실험조건II, III) 129
［그림 4-9］ 석탄공급량 변화시 NOx 농도 변화(실험조건II, III) 129
［그림 4-10］ 공기비 변화시 연소실 내부온도 분포(실험조건III, IV) 132
［그림 4-11］ 공기비 변화시 O2 농도 변화(실험조건III, IV) 132
［그림 4-12］ 공기비 변화시 CO2 농도 변화(실험조건III, IV) 133
［그림 4-13］ 공기비 변화시 CO 농도 변화(실험조건III, IV) 133
［그림 4-14］ 공기비 변화시 NOx 농도 변화(실험조건III, IV) 134
［그림 4-15］ Precombustor 내벽의 slag층 형성상태(실험조건I) 136
［그림 4-16］ Main Combustor 내벽의 slag층 형성상태(실험조건I) 136
［그림 4-17］ Precombustor 내벽의 slag층 형성상태(실험조건II) 137
［그림 4-18］ Main Combustor 내벽의 slag층 형성상태(실험조건II) 137
［그림 4-19］ Precombustor 내벽의 slag층 형성상태(실험조건III) 138
［그림 4-20］ Main Combustor 내벽의 slag층 형성상태(실험조건III) 138
［그림 4-21］ Precombustor 내벽의 slag층 형성상태(실험조건IV) 139
［그림 4-22］ Main Combustor 내벽의 slag층 형성상태(실험조건IV) 139
［그림 4-23］ 연소실험중인 2단 연소식 Cyclone 연소기 140
［그림 4-24］ 대기중으로 방출되는 배출가스 140
［그림 4-25］ 연소기 내부의 용융 slag 배출 홈 141
［그림 4-26］ 연소실험에서 slag port에 포집된 slag 샘플 141
［그림 4-27］ 실험조건II에서 포집된 slag 142
［그림 4-28］ 실험조건III에서 포집된 slag 142
［그림 5-1］ 축열매체소각로 구조 144
［그림 5-2］ Cyclone 집진기의 선회류 151
［그림 3-3］ 접선유입구형 Cyclone 구조 151
［그림 5-4］ 후연소로 설계도면I 161
［그림 5-5］ 후연소로 설계도면II 162
［그림 5-6］ 후연소로 설계도면III 163
［그림 5-7］ 후연소로 설계도면IV 164
［그림 5-8］ 소각로 현장에 설치된 후연소로 167
［그림 5-9］ 후연소로의 분진포집함에 포집된 분진 167
［그림 5-10］ 유속변화에 따른 포집분진의 입경분포 170
［그림 5-11］ 포집분진 입자크기별 질량분율(유속 25-40m／s) 170
［그림 5-12］ 후연소로 입구속도 변화에 따른 분진 포집효율 171
［그림 5-13］ 후연소로 운전온도에 따른 CO 발생량 174
［그림 5-14］ 후연소로 운전온도에 따른 포집분진의 열작감량 174
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