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목차

표제지=0,1,1

제출문=i,2,1

목차=ii,3,5

표목차=vii,8,1

그림목차=viii,9,6

요약문=xiv,15,1

SUMMARY=xv,16,1

제1부 매립지 가스 활용 연소시스템 개발=1,17,1

제1장 서론=2,18,1

제1절 연구 개발의 필요성 및 목적=2,18,1

1. 연구개발의 필요성=2,18,2

2. 연구목표 및 내용=4,20,2

제2장 매립지가스 연소 물성치에 관한 기초 연구=6,22,1

제1절 개요=6,22,1

제2절 계산방법=7,23,1

1. 혼합가스의 분자량 계산=7,23,1

2. 혼합가스의 밀도 계산=7,23,2

3. 혼합가스의 비중(Specific Gravity) 계산=8,24,1

4. 혼합가스의 정압비열 계산=8,24,2

5. 혼합가스의 발열량(Heating Value) 계산=9,25,1

6. 혼합가스의 엔탈피(Enthalpy) 계산=10,26,1

7. 혼합가스의 엔트로피(Entropy) 계산=10,26,1

8. 혼합가스의 내부에너지(Internal Energy) 계산=10,26,1

9. 혼합가스의 Gibbs Frre Energy 계산=10,26,1

10. 혼합가스의 웨버지수(Wobbe Index) 계산=10,26,2

11. 혼합가스의 점성계수(Viscosity) 계산=11,27,2

12. 혼합가스의 열전도계수(Thermal Conductivity) 계산=12,28,2

13. 혼합가스의 Prandtl Number 계산=13,29,2

14. 혼합가스의 이론／실제 공연비 계산=14,30,2

15. 생성물의 몰분율 (Wet／Dry Basis) 계산=15,31,2

16. 이론 정압 단열 화염온도의 계산=17,33,1

17. 화학평형=17,33,1

제3절 프로그램의 구성 및 흐름도=18,34,1

제4절 프로그램 실행 결과=19,35,2

제5절 주요 계산 결과=21,37,6

제6절 결론=26,42,1

제3장 LFG 혼합가스의 연소속도 측정 및 수치계산=27,43,1

제1절 개요=27,43,1

제2절 연소속도 측정 방법=28,44,1

1. 실험 장치 및 방법=28,44,3

2. 연소속도 계산방법=30,46,3

제3절 결과 및 고찰=32,48,1

1. LFG 및 LFG 혼합연료의 연소속도 측정 및 계산결과=32,48,5

2. LFG 및 LFG 혼합연료의 연소속도 계산식 도출=36,52,6

제4절 결론=41,57,1

제4장 LFG 혼합가스의 화염 안정화 측정=42,58,1

제1절 개요=42,58,1

제2절 실험장치 및 방법=42,58,3

제3절 실험결과 및 고찰=44,60,1

1. 비선회 및 선회 확산 화염의 안정성 비교=44,60,3

2. LFG 혼합 연료의 화염 안정화 특성=46,62,3

3. CH₄+CO₂혼합연료의 화염 안정화 특성=48,64,2

4. 선회 확산화염의 주요 안정화 특성=49,65,3

제4절 결론=51,67,2

제5장 LFG 혼합가스의 공해물질 발생특성 규명=53,69,1

제1절 개요=53,69,1

제2절 지배방정식 및 계산방법=53,69,1

1. 지배방정식=53,69,3

2. 계산방법=55,71,2

제3절 계산결과 및 검토=57,73,9

제4절 결론=66,82,1

제6장 LFG용 연소기 개발(하이브리드 사이클론 제트 연소기)=67,83,1

제1절 개요=67,83,1

1. 연구배경=67,83,2

2. 연구동향=68,84,1

3. 연구목적=68,84,1

제2절 실험방법=69,85,1

1. 실험장치=69,85,1

1-1. 하이브리드 사이클론 제트 연소기=69,85,2

1-2. 내화재=71,87,1

1-3. 유로계=71,87,2

2. 측정방법=73,89,1

2-1. 안전 연소 범위 측정=73,89,1

2-2. 배기가스의 농도측정=73,89,2

제3절 실험결과=75,91,1

1. ATI와 PTI의 연소방식에 따른 연소특성=75,91,4

1-1. 최적 보염당량비 및 보염유속 결정=78,94,3

1-2. ATI와 PTI의 연소방식에 따른 안정성 특성=81,97,2

1-3. ATI와 PTI의 연소방식에 따른 배기특성=83,99,2

2. PTI 연소방식의 노즐형상변화에 따른 화염특성=85,101,1

2-1. 노즐형상변화에 따른 안정성 특성=85,101,1

2-2. 노즐형상변화에 따른 배출가스 특성=86,102,2

3. 연료 중 CO₂첨가에 따른 연소특성=88,104,1

3-1. CO₂첨가에 따른 노즐별 안정성 특성=88,104,2

제4절 결론=90,106,1

제7장 결론=91,107,2

참고문헌=93,109,5

제2부 매립지 가스 활용 연소시스템용 열교환시스템 및 열공급 배관시스템 설계기술 개발=98,114,1

제1장 서론=99,115,1

제1절 연구의 필요성=99,115,1

1. LFG의 활용=99,115,4

2. 지역 난방=103,119,4

3. 연구목표 및 내용=107,123,1

제2장 LFG와 LNG 혼합 연료의 조성에 따른 다관형 열교환기에서의 열전달 특성=108,124,1

제1절 개요=108,124,1

1. 연구 배경=108,124,2

1. 연구 동향=110,126,2

제2절 실험 장치 및 방법=112,128,1

1. 실험 장치=112,128,13

2. 실험 방법=125,141,3

3. 실험 자료 처리=127,143,4

제3절 실험 결과 및 고찰=131,147,1

1. 실험 결과=131,147,5

2. 고찰=136,152,2

제3절 결론=138,154,1

제3장 매립지 가스를 이용한 연료시스템의 열전달 실험=139,155,1

제1절 개요=139,155,1

제2절 실험 장치 및 방법=140,156,1

1. 실험 장치=140,156,14

2. 실험 방법=154,170,8

제3절 결과 및 고찰=162,178,1

1. 원관을 이용한 실험 방법의 검증=162,178,1

2. 관사이 간격이 없는 경우의 정렬 배열 열전달 특성=162,178,1

3. 관사이 간격이 없는 경우의 엇갈림 배열 열전달 특성=163,179,1

4. 관사이 간격이 없는 경우의 정렬 배열과 엇갈림 배열 열전달 특성 비교=163,179,1

5. 2.5㎝ 간격을 둔 관의 정렬 배열 열전달 특성=164,180,1

6. 2.5㎝ 간격을 둔 관의 엇갈림 배열 열전달 특성=164,180,1

7. 2.5㎝ 간격을 가진 배열의 열전달 특성 비교=165,181,1

8. 간격을 두지 않은 배열과 2.5㎝의 간격을 둔 배열사이의 열전달 특성 비교=165,181,1

제4절 결론=166,182,18

제4장 지역 난방용 열공급 배관에서의 열전달 해석=184,200,1

제1절 개요=184,200,2

제2절 지역 난방용 열공급 배관에서의 열전달 해석=186,202,1

1. 해석 모델=186,202,5

제3절 해석 결과 및 검토=191,207,23

제5장 결론=214,230,2

참고문헌=216,232,3

최종보고서 초록/서태범=219,235,1

표목차

Table 1.1 Composition of Landfill gas=3,19,1

Table 3.1 Correlation-Equation Coefficients for the burning velocities of C₃H-(8) and LFG=37,53,1

Table 4.1 Components and properties of LFG and LFG-mixed fuels=44,60,1

Table 6.1 Detail desing condition of nozzles=75,91,1

Table 1.1 Application plan of LFG=102,118,1

Table 2.1 The experimental condition for HE-1 heat exchanger swirl intensity variation=132,148,1

Table 2.2 The experimental condition for HE-1 heat exchanger=135,151,1

Table 2.3 The experimental condition for HE-2 heat exchanger=135,151,1

Table 3.1 관사이 간격이 없는 경우의 실험조건=158,174,1

Table 3.2 관사이 2.5㎝의 간격이 있는 경우의 실험조건=159,175,1

Table 4.1 각 물질의 물성치=187,203,1

Table 4.2 지표면에서의 경계조건=187,203,1

Table 4.3 배관의 설정조건=188,204,1

Table 4.4 배관 설정 조건에 따른 열손실 비교=195,211,1

그림목차

Fig. 2.1 Flow chart for the thermodynamics properties of LFG=18,34,1

Fig. 2.2 Density of mixture gas with temperature=21,37,1

Fig. 2.3 Specific heat of mixture gas at constant pressure with temperature=22,38,1

Fig. 2.4 Viscosity of mixture gas with temperature=22,38,1

Fig. 2.5 Thermal conductivity of mixture gas with temperature=23,39,1

Fig. 2.6 Chemical equilibrium temperature of mixture gas with equivalence ratio=24,40,1

Fig. 2.7 Air amount of mixture gas with equivalence ratio=24,40,1

Fig. 2.8 Webbe index with the mixing ratio of LPG=25,41,1

Fig. 2.9 Combustion potential with the mixing ratio of LPG=26,42,1

Fig. 3.1 Premixed burner=29,45,1

Fig. 3.2 Schematic of schlieren system and experimental apparatus=30,46,1

Fig. 3.3 The burning velocities of CH₄and LFG=33,49,1

Fig. 3.4 The burning velocities of C₃H-(8) and LFG mixing fuels=34,50,1

Fig. 3.5 The burning velocities of mixtures CH₄and inlet gas (CO₂N₂)=35,51,1

Fig. 3.6 Distributions of CH₄／Inert gas temperature and heat release rate=36,52,1

Fig. 3.7 The correlation of Burning Velocities of C₃H-(8) and LFG=38,54,1

Fig. 3.8 The correlation of burning velocities of mixing fuels(10A,13A)=39,55,1

Fig. 3.9 The correlations for weighting coefficients A,B and LFG percent in mixing gas=40,56,1

Fig. 3.10 Polynomial fits of Arbitrary Component Mixing fuel=41,57,1

Fig. 4.1 Schematic diagram of movable block type swirl burn=43,59,1

Fig. 4.2. Stable regions of CH₄,LFG+LPG jet flame as a function of the co-flowing stream velocity=45,61,1

Fig. 4.3 Stable regions of CH₄as a function of the swirl number=46,62,1

Fig. 4.4 Stable regions of CH₄,LFG+LPG in weak swirl(S＝0~0.58)=47,63,1

Fig. 4.5 Stable regions of CH₄,LFG+LPG in strong swirl(S＝1.02)=48,64,1

Fig. 4.6 Stable regions of CH₄+CO₂ in weak swirl(S＝0~0.58)=48,64,1

Fig. 4.7 Stable regions of CH₄+CO₂ in strong swirl(S＝1.02)=49,65,1

Fig. 4.8 Effect of inert gas on blowout limits in weak swirl(S＝0.58)=50,66,1

Fig. 4.9 Effect of inert gas on blowout limits in strong swirl(S＝1.02)=51,67,1

Fig. 5.1 Geometry of counterflow diffusion flames=56,72,1

Fig. 5.2 Maximum temperature variation of CH₄／Air and CH₄／Air-CO₂ counterflow diffusion flame with strain rate=58,74,1

Fig. 5.3 Flame structure of CH₄／Air counterflow diffusion flame with strain rate=59,75,1

Fig. 5.4 Flame structures of CH₄／Air-CO₂ and CH₄-CO₂／Air counterflow diffusion flame at strain rate 10=60,76,1

Fig. 5.5 Flame structures of CH₄／Air-CO₂ and CH₄-CO₂／Air counterflow diffusion flame with strain rate 10=61,77,1

Fig. 5.6 Thermodynamic and chemical reaction effect of CO₂with CH₄／Air-X flame=62,78,1

Fig. 5.7 NO Formation Mechanisms with CH₄／Air and CH₄／Air-CO₂=63,79,1

Fig. 5.8 Maximum temperature variation of the effect of CO₂ with strain rate=64,80,1

Fig. 5.9 NOx emission index variation of the effect of CO₂ with CH₄／Air and CH₄／Air-CO₂ flames=65,81,1

Fig. 6.1 chematics of stability mechanism for cyclone jet=69,85,1

Fig. 6.2 Schematic of cyclone jet combustor=70,86,1

Fig. 6.3 Schematic of experimental apparatus=72,88,1

Fig. 6.4 Schematics of NOx and CO concentration measurement system=74,90,1

Fig. 6.5 Schematics of ATI mode=76,92,1

Fig. 6.6 Schematics of PTI mode=76,92,1

Fig. 6.7 Schematics of nozzles=77,93,1

Fig. 6.8 Direct photographs of flame shapes=78,94,1

Fig. 6.9 Stable region of swirl flame(without axial flow)=79,95,1

Fig. 6.10 Stable region swirl flame(with axial flow)=79,95,1

Fig. 6.11 Stable region of PTI mode with the variation of the swirl velocity=80,96,1

Fig. 6.12 Stable region of PTI mode with the variation of the swirl equivalence ratio=80,96,1

Fig. 6.13 Stable region of ATI mode=82,98,1

Fig. 6.14 Stable region of PTI mode=82,98,1

Fig. 6.15 Emission characteristics for both ATI and PTI mode for nozzle 1 at 5,000㎉／hr.=83,99,1

Fig. 6.16／16 Direct photographs of flame shapes for ATI mode with the variation of total equivalence ratio=84,100,1

Fig. 6.17／17 Direct photographs of flame shapes for PTI mode with the variation of total equivalence ratio=84,100,1

Fig. 6.18 Stable regions for three kind of nozzles=85,101,1

Fig. 6.19 Emission characteristics for three kind of nozzles=86,102,1

Fig. 6.20 Emission characteristics for three kind of nozzles at 5,000㎉／hr=87,103,1

Fig. 6.21 Emission characteristics for three kind of nozzles at 10,000㎉／hr=87,103,1

Fig. 6.22 Stable regions of ATI mode for nozzle 1 with the variation of CO₂portion in fuel=89,105,1

Fig. 6.23 Stable regions of PTI mode for three kinds of nozzles with the variation of CO₂ portion in fuel=89,105,1

Fig. 1.1 세계 지역 난방 보급 현황(1996년기준)=103,119,1

Fig. 1.2 Simple district heating diagram=104,120,1

Fig. 1.3 Combustion system of Sangam plant=105,121,1

Fig. 2.1 HE-1 tube bundle=112,128,1

Fig. 2.2 The installation process of insulation board=114,130,1

Fig. 2.3 HE-1 shell side=114,130,1

Fig. 2.4 HE-1 type heat exchanger=115,131,1

Fig. 2.5 Side view of HE-1 tube side=115,131,1

Fig. 2.6 Front view of HE-1 tube side=116,132,1

Fig. 2.7 Plane view of HE-1 shell side=116,132,1

Fig. 2.8 Side view of HE-1 shell side=117,133,1

Fig. 2.9 Front view of HE-1 shell side=117,133,1

Fig. 2.10 HE-2 tube bundle=118,134,1

Fig. 2.11 HE-2 type heat exchanger=119,135,1

Fig. 2.12 Side view of HE-2 tube side=119,135,1

Fig. 2.13 Front view of HE-2 tube side=120,136,1

Fig. 2.14 Plane view of HE-2 shell side=120,136,1

Fig. 2.15 Side view of HE-2 shell side=121,137,1

Fig. 2.16 Front view of HE-2 shell side=121,137,1

Fig. 2.17 PX303-100G5V pressure transducer=123,139,1

Fig. 2.18 Calibration of pressure transducer=123,139,1

Fig. 2.19 Calibration of turbine meter=124,140,1

Fig. 2.20 Band heater=124,140,1

Fig. 2.21 Emulsion heater=124,140,1

Fig. 2.22 By-pass valve=124,140,1

Fig. 2.23 Schematic of the combustion system=125,141,1

Fig. 2.24 Experimental combustion system=126,142,1

Fig. 2.25 Overall heat transfer coefficient vs swirl intensity=131,147,1

Fig. 2.26 Nusselt number vs load at HE-1=133,149,1

Fig. 2.27 Nusselt number vs load at HE-2=133,149,1

Fig. 2.28 Overall heat transfer coeff. vs load at HE-1=133,149,1

Fig. 2.29 Overall heat transfer coeff. vs load at HE-2=133,149,1

Fig. 2.30 Nusselt number vs Renolds number at HE-1=134,150,1

Fig. 2.31 Nusselt number vs Renolds number at HE-2=134,150,1

Fig. 2.32 Overall heat transfer coeff. vs Reynolds number at HE-1=134,150,1

Fig. 2.33 Overall heat transfer coeff. vs Reynolds number at HE-2=134,150,1

Fig. 3.1 실험에 사용된 풍동의 사진=141,157,1

Fig. 3.2 풍동의 개략 도면=142,158,1

Fig. 3.3 시험부 사진=142,158,1

Fig. 3.4 원관을 이용한 시험부 사진=144,160,1

Fig. 3.5 관사이 간격이 없는 경우의 정렬 배열 시험부=146,162,1

Fig. 3.6 관사이 간격이 없는 경우의 정렬 배열 시험부의 측면도=146,162,1

Fig. 3.7 열전대가 부착된 시험부의 사진=147,163,1

Fig. 3.8 관사이 간격이 없는 경우의 엇갈림 배열 시험부=148,164,1

Fig. 3.9 관사이 간격이 없는 경우의 엇갈림 배열 시험부의 측면도=148,164,1

Fig. 3.10 관사이 2.5㎝ 간격이 있는 경우의 정렬 배열 시험부=149,165,1

Fig. 3.11 관사이 2.5㎝ 간격이 있는 경우의 정렬 배열 시험부의 측면도=149,165,1

Fig. 3.12 관사이 2.5㎝ 간격이 있는 경우의 엇갈림 배열 시험부=150,166,1

Fig. 3.13 관사이 2.5㎝ 간격이 있는 경우의 엇갈림 배열 시험부의 측면도=150,166,1

Fig. 3.14 Thermocouple installation=152,168,1

Fig. 3.15 Thermocouple location=152,168,1

Fig. 3.16 구리 막대=153,169,1

Fig. 3.17 Data logger=153,169,1

Fig. 3.18 직류 전원 공급기=153,169,1

Fig. 3.19 Pitot tube=153,169,1

Fig. 3.20 Manometer=153,169,1

Fig. 3.21 간격이 없는 관군에서의 정렬 배열 시험부의 개략도=156,172,1

Fig. 3.22 간격이 없는 관군에서의 엇갈림 배열 시험부의 개략도=156,172,1

Fig. 3.23 간격을 둔 관군의 정렬 배열 시험부의 개략도=156,172,1

Fig. 3.24 간격을 둔 관군의 엇갈림 배열 시험부의 개략도=156,172,1

Fig. 3.25 관사이 거리가 없는 경우의 정렬 배열 S＝8㎝=168,184,1

Fig. 3.26 관사이 거리가 없는 경우의 정렬 배열 S＝10㎝=169,185,1

Fig. 3.27 관사이 거리가 없는 경우의 정렬 배열 S＝12㎝=170,186,1

Fig. 3.28 관사이 거리가 없는 경우의 엇갈림 배열 S＝8㎝=171,187,1

Fig. 3.29 관사이 거리가 없는 경우의 엇갈림 배열 S＝10㎝=172,188,1

Fig. 3.30 관사이 거리가 없는 경우의 엇갈림 배열 S＝12㎝=173,189,1

Fig. 3.31 관사이 2.5㎝의 거리가 있는 경우의 정렬 배열 S＝8㎝=174,190,1

Fig. 3.32 관사이 2.5㎝의 거리가 있는 경우의 정렬 배열 S＝10㎝=175,191,1

Fig. 3.33 관사이 2.5㎝의 거리가 있는 경우의 정렬 배열 S＝12㎝=176,192,1

Fig. 3.34 관사이 2.5㎝의 거리가 있는 경우의 엇갈림 배열 S＝8㎝=177,193,1

Fig. 3.35 관사이 2.5㎝의 거리가 있는 경우의 엇갈림 배열 S＝10㎝=178,194,1

Fig. 3.36 관사이 2.5㎝의 거리가 있는 경우의 엇갈림 배열 S＝12㎝=179,195,1

Fig. 3.37 관사이 거리가 없는 경우의 정렬 배열 평균 누쎌트 수=180,196,1

Fig. 3.38 관사이 거리가 없는 경우의 엇갈림 배열 평균 누쎌트 수=181,197,1

Fig. 3.39 관사이 2.5㎝의 거리가 있는 경우의 정렬 배열 평균 누쎌트 수=182,198,1

Fig. 3.40 관사이 2.5㎝의 거리가 있는 경우의 엇갈림 배열 평균 누쎌트 수=183,199,1

Fig. 4.1 수치해석 모델-전체영역=189,205,1

Fig. 4.2 수치해석 모델-열공급배관 및 일회수배관=189,205,1

Fig. 4.3 계산영역의 격자=190,206,1

Fig. 4.4 열공급배관과 열회수배관에서의 격자=190,206,1

Fig. 4.5 배관 매설깊이와 대류열전달계수에 따른 열손실량 (봄)=192,208,1

Fig. 4.6 배관 매설깊이와 대류열전달계수에 따른 열손실량 (여름)=192,208,1

Fig. 4.7 배관 매설깊이와 대류열전달계수에 따른 열손실량 (가을)=193,209,1

Fig. 4.8 배관 매설깊이와 대류열전달계수에 따른 열손실량 (겨울)=193,209,1

Fig. 4.9 각 계절별 땅 속 온도분포(10W／㎡K-120㎝-120㎝)=196,212,1

Fig. 4.10 각 계절별 땅 속 온도분포(10W／㎡K-120㎝-100㎝)=197,213,1

Fig. 4.11 각 계절별 땅 속 온도분포(10W／㎡K-120㎝-70㎝)=198,214,1

Fig. 4.12 각 계절별 땅 속 온도분포(10W／㎡K-100㎝-120㎝)=199,215,1

Fig. 4.13 각 계절별 땅 속 온도분포(10W／㎡K-100㎝-100㎝)=200,216,1

Fig. 4.14 각 계절별 땅 속 온도분포(10W／㎡K-100㎝-70㎝)=201,217,1

Fig. 4.15 각 계절별 땅 속 온도분포(10W／㎡K-70㎝-120㎝)=202,218,1

Fig. 4.16 각 계절별 땅 속 온도분포(10W／㎡K-70㎝-100㎝)=203,219,1

Fig. 4.17 각 계절별 땅 속 온도분포(10W／㎡K-70㎝-70㎝)=204,220,1

Fig. 4.18 각 계절별 땅 속 온도분포(5W／㎡K-120㎝-120㎝)=205,221,1

Fig. 4.19 각 계절별 땅 속 온도분포(5W／㎡K-120㎝-100㎝)=206,222,1

Fig. 4.20 각 계절별 땅 속 온도분포(5W／㎡K-120㎝-70㎝)=207,223,1

Fig. 4.21 각 계절별 땅 속 온도분포(5W／㎡K-100㎝-120㎝)=208,224,1

Fig. 4.22 각 계절별 땅 속 온도분포(5W／㎡K-100㎝-100㎝)=209,225,1

Fig. 4.23 각 계절별 땅 속 온도분포(5W／㎡K-100㎝-70㎝)=210,226,1

Fig. 4.24 각 계절별 땅 속 온도분포(5W／㎡K-70㎝-120㎝)=211,227,1

Fig. 4.25 각 계절별 땅 속 온도분포(5W／㎡K-70㎝-100㎝)=212,228,1

Fig. 4.26 각 계절별 땅 속 온도분포(5W／㎡K-70㎝-70㎝)=213,229,1

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