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SUMMARY
목차
제1장 서론 27
제1절 연구의 배경 27
1. 순환유동층 보일러의 특징 27
2. 국내의 현황 28
제2절 연구의 목적 및 내용 31
1. 연구의 목적 31
2. 연구의 내용 32
제2장 수력학 연구 33
제1절 상온 순환유동층에서의 고체순환 특성 33
1. 연구의 목적 33
2. 이론적 배경 33
3. 실험장치 및 방법 35
4. 결과 및 고찰 38
5. 고체순환속도의 수치적 해석 45
제2절 비기계적 고체순환설비(Loopseal) 개발 49
1. 연구의 목적 49
2. 이론적 배경 49
3. 실험장치 및 방법 50
4. 결과 및 고찰 55
5. 고체순환속도의 수치적 해석 66
제3절 KIER Test Unit에서의 입자 순환실험 68
1. 실험 장치 68
2. 입자순환량 측정 70
3. 실험 방법 70
4. 결과와 고찰 70
제4절 본 장의 결론 74
1. 상온 순환유동층에서의 고체순환 특성 74
2. 비기계적 고체순환설비(Loopseal) 개발 74
3. KIER Test Unit에서의 고체 순환 실험 75
제3장 순환유동층 연소특성 76
제1절 연구배경 76
제2절 이론적 고찰 78
제3절 실험장치 및 방법 81
1. 장치의 사양 81
2. 실험조건 및 측정 88
제3절 결과 및 고찰 94
1. 운전조건 94
2. 예열과정 (Cold start) 94
3. 연소특성 95
4. 고체순환특성 100
5. 배연발생특성 103
제4절 순환유동층연소 설비의 개선안 105
1. Screw feeder 105
2. Loopseal 108
3. Bag filter ash pot 110
4. 연료공급부의 부식 113
5. 전기.전자부품의 노후손상 113
6. Combustor에 부착된 pipe 단락 114
7. 순환유동층 연소설비 개선 114
제5절 결론 116
제4장 열전달 117
제1절 연구의 배경 117
제2절 이론적 고찰 118
제3절 실험장치 및 방법 125
제4절 결과 및 고찰 133
제5절 결론 139
제5장 연소로 모델 140
제1절 연구의 배경 140
제2절 이론적 배경 141
1. 연소로 모델 141
2. 축방향 고체체류량 분포 148
3. 탈황 반응 158
4. 기체상의 수지 169
제3절 프로그램 구조 173
1. 순환유동층 연소로 기체상 모델의 구조 173
2. 주프로그램의 주요배열 및 COMMON 설명 181
3. 부프로그램(subroutine)의 계산 내용 185
제4절 결과 및 고찰 213
1. 고체 체유량 분포 실험결과 213
2. 모델과 비교 216
3. 순환유동층 연소로모델 226
제5절 결론 240
제6장 순환유동층 보일러 설계 242
제1절 서론 242
1. 설계연구의 배경 242
2. 설계절차 243
제2절 순환유동층 보일러의 설계 특징 248
1. 장치의 개요 248
2. 연소로 설계 249
3. 사이클론 설계 257
4. 연료특성 및 운전조건 261
5. 물질수지 265
6. 열수지 271
7. Control logic 273
8. 수처리 시스템 277
제3절 개념설계 278
1. 기본사양 278
2. Fuel condition 280
3. 수지 및 열역학적 계산 281
4. 설계사양[원문불량;p.260] 284
5. 시스템 control 290
제4절 기본설계 292
1. 공기조건 및 압력분포 292
2. 연료공급 시스템 294
3. Feed water, boiler water and demi. water conditions 294
4. 연소로 295
5. 사이클론 298
6. Convection pass 301
7. 마모방지대책 305
제5절 결론 306
제7장 결론 및 제언 307
제1절 결론 307
제2절 보급방안에 관한 제언 309
1. 경제성 분석 309
2. 순환유동층 보일러 보급과 기존보일러 Retrofit 310
3. 기술개발 및 기술이전 311
4. 순환유동층 보일러 시장 개척 312
기호설명 314
참고문헌 320
부록[원문불량;p.314~331] 327
［그림 2-1］ 순환유동층 고체순환 실험장치 37
［그림 2-2］ loopseal sparger tube air와 고체순환속도와의 관계 39
［그림 2-3］ Loopseal aeration 공기주입 위치와 고체순환량과의 관계 40
［그림 2-4］ Aeration velocity와 고체순환 속도와의 관계 42
［그림 2-5］ 고체순환속도에 대한 aeration velocity의 영향 43
［그림 2-6］ 고체순환속도에 대한 기상유속의 영향 44
［그림 2-7］ 고체순환 속도에 따른 순환유동층 시스템 내 차압변동 47
［그림 2-8］ 고체순환속도 계산치와 실험치와의 관계 48
［그림 2-9］ Loopseal 실험장치의 설계도(1) 53
［그림 2-10］ Loopseal 실험장치의 설계도(2) 54
［그림 2-11］ 입자흐름의 pattern 56
［그림 2-12］ 단일 유량에서의 loopseal 회재흐름 58
［그림 2-13］ 공기 동시주입시의 loopseal 회재흐름 59
［그림 2-14］ Loopseal 공기유량과 회재흐름과의 관계(Q1) 60
［그림 2-15］ Loopseal 공기유량과 회재흐름과의 관계(Q2) 61
［그림 2-16］ Loopseal 공기유량과 회재흐름과의 관계(Q3) 62
［그림 2-17］ Stand pipe의 차압변동(△P1(이미지참조))과 회재순환유량과의 관계 64
［그림 2-18］ 실험값과 계산값과의 대비 65
［그림 2-19］ loopseal schematic diagram 69
［그림 2-20］ Pressure in CFBC as a function of location 71
［그림 2-21］ Loopseal 공기량(Q1(이미지참조))변화에 따른 stand pipe의 차압과 재순환 속도 72
［그림 2-22］ 측정값과 계산식과의 비교 73
［그림 3-1］ 질소산화물 발생기작 80
［그림 3-2］ 순환유동층 공정도 82
［그림 3-3］ 연소로의 설계도 83
［그림 3-4］ 재순환 장치의 설계도 84
［그림 3-5］ 전열관 배치도 87
［그림 3-6］ 시료석탄의 입도분포 비교 91
［그림 3-7］ 연소로 예열과정 (Run21-1) 95
［그림 3-8］ 연소로 축방향 온도분포 96
［그림 3-9］ 연소로 축방향 heat flux 98
［그림 3-10］ 주입열량 변화에 따른 연소로 온도변화 99
［그림 3-11］ 연소로 온도변화에 따른 연소효율 변화 100
［그림 3-12］ 연소로 축방향 압력 및 층밀도 변화 101
［그림 3-13］ 연소회재의 입경특성 103
［그림 3-14］ 연소로 운전중 배연 발생 상황 104
［그림 3-15］ 연소로 온도변화에 따른 배연 농도변화 105
［그림 3-16］ Screw Feeder의 개략도 107
［그림 3-17］ loopseal schematic diagram 109
［그림 3-18］ 개조전 백필터회 포집시스템 111
［그림 3-19］ 개조후 백필터회재 포집시스템 112
［그림 3-20］ 0.1MWth 순환유동층 시험 연소로 구조도 115
［그림 4-1］ 순환유동층 시험연소로 계통도 127
［그림 4-2］ 연소로내 수직관의 온도변화에 따른 열교환 계수(ho) 변화 134
［그림 4-3］ 고체순환량 변화에 따른 ho의 변화 135
［그림 4-4］ 공기／연료비 변화에 따른 ho의 영향. 136
［그림 4-5］ Freeboard 벽면 열전달 계수 (KIER) 137
［그림 4-6］ 연소로 벽면 전열 모델의 적용 138
［그림 5-1］ Axial density distributions in fluidized beds having different freeboard height(Hf,A, Hf,B, Hf,C). 150
［그림 5-2］ Possible axial profiles of solid holdup with a secondary air input. 157
［그림 5-3］ Measured S／Ca molar ratio in ash. 161
［그림 5-4］ Thickness of CaSO₄ layer in limestone particle saturated with SO₂ 164
［그림 5-5］ S／Ca molar saturation of limestone. 165
［그림 5-6］ Structure of the computer program 175
［그림 5-7］ Flow diagram of the CFBC gas-phase model computer program. 176
［그림 5-8］ Comparison between measured and calculated axial solid holdup profiles with a variation of the gas velocity. 217
［그림 5-9］ Comparison between measured and calculated axial solid holdup profiles with a variation of particle diameter. 218
［그림 5-10］ Comparison between measured and calculated soild holdup profiles with a variation of static bed height 219
［그림 5-11］ Comparison between measured and calculated axial solid holdup profiles with a variation of secondary air fraction. 220
［그림 5-12］ Comparison between measured and calculated axial solid holdup profiles with a variation of secondary air injection height. 222
［그림 5-13］ Comparison between measured and calculated axial solid holdup profiles with a variation of the solid circulation flux. 223
［그림 5-14］ Comparison between measured and calculated axial solid hold up profiles with a variation of particle density. 224
［그림 5-15］ Probability density function and cumulative weight fraction of petroleum coke and limestone feed (KD9610). 231
［그림 5-16］ Probability density function and cumulative weight fraction of measured and calculated bed drain (KD9610). 232
［그림 5-17］ Probability density function and cumulative weight fraction(fractio) of measured and calculated bagfilter ash and calculated loopseal ash(KD9610) 233
［그림 5-18］ Axial solid holdup and pressure profiles (KD9610). 236
［그림 5-19］ Comparison of measured S／Ca molar ratio(symbols) with the model (line) calculated for total discharged particles (KD9610). 237
［그림 5-20］ Axial concentration profiles of gases. 239
［그림 6-1］ 순환유동층 보일러 공정도 244
［그림 6-2］ 제작사별 순환유동층 보일러의 유형 255
［그림 6-3］ 사이클론의 개략도 259
［그림 6-4］ 안전장치의 논리구조 274
［그림 6-5］ 연료공급 시스템 로직 275
［그림 6-6］ 보일러의 Purge 논리 276
［그림 6-7］ 연소로의 설계도[원문불량;p.260] 286
［그림 6-8］ 사이클론의 설계도 287
［그림 6-9］ Loopseal의 설계도 288
［그림 6-10］ 사이클론 설계도 299
(표 1-1) 산업체 순환유동층 열병합발전 현황 30
(표 2-1) 고체순환량 실험변수 36
(표 2-2) 유동매질의 분석 52
(표 2-3) 실험조건 55
(표 3-1) 발전소 배출허용 기준 76
(표 3-2) 연소연구대상 78
(표 3-3) 연소로내 전열관의 배치 86
(표 3-4) 석탄의 성분분석 89
(표 3-5) 시료의 입도분포 90
(표 3-6) 연소연구 항목 93
(표 3-7) 운전조건 요약 94
(표 3-8) 회재 배출특성 102
(표 4-1) 연소로내 전열관의 배치 128
(표 4-2) 석탄의 성분분석 129
(표 4-3) 순환유동층연소로의 운전조건 130
(표 4-4) 열전달 실험조건(층온도:800~900℃) 131
(표 4-5) 온도측정위치 133
(표 5-1) Summary of characteristics of previous models 147
(표 5-2) Particle properties and sieve analysis of powders used. 215
(표 5-3) Summary of previous studies compared with the present model. 225
(표 5-4) Summary of combustor specification. 227
(표 5-5) Properties of test coal and limestone. 228
(표 5-6) Input data of the present model for Kukdong CFB. 229
(표 5-7) Comparison of calculated combustor characteristics of Kukdong with measured values (KD-9610). 235
(표 6-1) 물질수지 및 열수지 245
(표 6-2) 순환유동층 보일러 개념설계 변수 246
(표 6-3) 순환유동층 연소로 기본설계 항목 247
(표 6-4) Dimension of CFB boilers tested 249
(표 6-5) 제작사별 보일러의 특성비교 250
(표 6-6) The effect of boiler heat capacity on physical dimension 252
(표 6-7) 순환유동층 보일러 분류 254
(표 6-8) Performance parameter of a CFB combustor 257
(표 6-9) 상용 보일러 사이클론 설계사양 258
(표 6-10) 전형적인 사이클론 설계조건(Basu and Fraser, 1991) 261
(표 6-11) The effect of coal properties on the design and performance of a CFB boiler (Basu and Fraser, 1991; Mann et al., 1992) 262
(표 6-12) 순환유동층 설계 및 운전조건에 따른 운전특성 264
(표 6-13) Combustor performance on operation parameters 265
(표 6-14) 물질수지 항목 266
(표 6-15) 열수지 항목 272
(표 6-16) Basic design conditions 279
(표 6-17) Specification of design coal for CFB boiler(75ton／h) 280
(표 6-18) 75ton／h보일러 기본 물질수지 281
(표 6-19) 75ton 보일러 기본 열수지 281
(표 6-20) 75ton 보일러 열역학 계산 282
(표 6-21) Loopseal 설계사양 285
(표 6-22) 부하변동에 따른 증기조건 변화 289
(표 6-23) 열교환기 사양 290
(표 6-24) 부하변동에 따른 공기량 변화 293
(표 6-25) 연소로내 압력분포 293
(표 6-26) 공급수 수질조건 295
(표 6-27) 연소로하부(dense bed) 설계사양 296
(표 6-28) Freeboard 설계사양 297
(표 6-29) 사이클론 설계사양 300
(표 6-30) 열교환기의 사양 301
(표 6-31) Secrren tubes의 설계사양 302
(표 6-32) Suspension tubes의 설계사양 302
(표 6-33) L. T. superheater의 설계사양 303
(표 6-34) H. T superheater의 설계사양 304
(표 6-35) 연소로의 마모방지 대책 305
(표 7-1) 발전설비의 비용평가 309
(표 7-2) 연료비 대비 310
(표 7-3) 순환유동층 보일러 보급방안 311
(표 7-4)／(표 2-4) 기술개발 및 이전단계 312
(표 7-5) CFB 보일러 시장개척을 위한 단계 313
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