바이오매스의 연료층 연소 특성

류창국(Changkook Ryu),최상민(Sangmin Choi),Jim Swithenbank 한국연소학회 2008 KOSCOSYMPOSIUM논문집 Vol.- No.-

Biomass combustion converts the renewable fuel directly into energy. This paper summarizes experimental studies on packed bed combustion of different biomass materials including herbaceous crops, woody and waste-derived materials. The key mechanism of combustion in a packed bed is the downward propagation of ignition front against the upward air flow. Radiation is the major mode of heat transfer for the ignition propagation, which delivers the heat required for moisture evaporation and heating up to a pyrolysis temperature in fresh particles below the ignition front. From measurements, key parameters for the rates of ignition and combustion can be derived, which are independent of the fuel bed size and therefore useful for furnace design and operation. The parameters include ignition front speed, ignition rate and burning rate. The test results show that fairly dry biomass has a maximum burning rate of 280-400 ㎏/㎡hr and corresponding air flow rate to achieve the burning rate varies with particle shape and size.

폐기물 층 연소와 노내 유동 해석

류창국(Changkook Ryu),신동훈(Donghoon Shin),최상민(Sangmin Choi) 한국연소학회 2000 KOSCOSYMPOSIUM논문집 Vol.- No.-

무탄소연료 발전 정책의 의의와 이슈

류창국(Changkook Ryu) 한국환경정책학회 2023 한국환경정책학회 학술대회논문집 Vol.2023 No.10

화력발전 연계 바이오매스 반탄화 기술개발 동향

류창국(Changkook Ryu) 한국열환경공학회 2020 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2020 No.춘계

바이오매스 반탄화 기술은 200-300℃의 저온 열처리를 통해 헤미셀룰로스 및 리그닌 등 분자구조의 일부를 분해하는 기술이다. 이를 통해 발열량이 낮은 CO2, H2O, CO와 소량의 타르 성분이 방출되고, 반탄화된 바이오매스는 C 함량의 증가와 함께 발열량, 소수성, 분쇄성, 균일성이 향상되어 수송, 저장, 미분 등 연료 품질의 향상을 얻을 수 있다. 또한 석탄과의 혼소 시 미분기의 한계로 인해 5%(열용량 기준) 미만으로만 투입되는 비율을 대폭 향상시킬 수 있다. 일반 반탄화 기술은 열원 공급, 반탄화 증기의 열회수/처리를 위해 복잡한 공정이 필요하다. 최근 국내에서 진행 중인 화력발전 연계 반탄화 공정은 발전소의 배가스를 추출하여 열원으로 활용하고, 반탄화 증기는 배가스와 함께 보일러로 주입하여 효율적으로 연소 및 열회수를 달성하는 기술이다. 따라서 독립적인 공정에 비해 단순하고 에너지 효율이 높으며, 산소 농도가 낮은 배가스를 열원으로 활용하기 때문에 열전달이 빠른 직접 열교환이 가능하다는 장점이 있다. 현재 우드펠릿 전소 발전소인 영동화력 1호기(125 MWe 규모, 한국남동발전)를 대상으로 50 ton/day 규모의 반탄화 설비를 구축하여 시험 운전을 앞두고 있다. 본 논문에서는 우드펠릿 및 국내미활용 바이오매스를 대상으로 기초실험을 통한 반탄화 수율 및 특성 목표의 설정, 반탄화 공정의 열전달 및 반응 모델링을 통한 설계조건의 수립, 반탄화 증기의 보일러 투입시 영향에 대한 전산유동해석 결과를 소개하고자 한다.

연소로 열유동 해석 방식과 결과 분석에 대한 고찰

류창국(Changkook Ryu),최상민(Sangmin Choi) 한국연소학회 2002 KOSCOSYMPOSIUM논문집 Vol.- No.-

Low-temperature reactivity of coals for evaluation of spontaneous combustion propensity

Changkook Ryu,Jungsoo Kim,류창국,Ho Young Park,Hyunsoo Lim 한국화학공학회 2015 Korean Journal of Chemical Engineering Vol.32 No.7

Low rank coals are more reactive at low temperatures than high rank coals, which leads to spontaneous combustion if not controlled. Due to the increased use of low rank coals, preventing spontaneous combustion during storage and size reduction has become an important issue in power plants. The present study evaluates the low-temperature reactivity for various coals in terms of their rank and country of origin. The experimental method determined the temperature and its gradient for coals in a small fixed bed at the point surpassing that of input oxygen, which were defined as the crossing-point temperature (CPT) and slope (CPS), respectively. Combining the two parameters, a low-temperature reactivity index (LTR index) was proposed. The method tested 17 coals collected from a power plant that yielded CPTs ranging between 168-190 oC and CPSs between 0.862-1.228 oC/min. The LTR index for the coals was calculated to be 0.696 to 1.542. The LTR index was positively correlated with the moisture content and volatile matter/fixed carbon (VM/FC) ratio, and inversely correlated with the ash content. The ignition temperature, measured by thermogravimetric tests, also exhibited a positive relationship with the LTR index. However, no single property of coal was sufficiently correlated with the self-heating propensity for all the coals tested, illustrating the complex mechanisms involved.

경량골재 로타리킬른의 운전최적화를 위한 석탄연소 및 원료입자 승온특성 해석

박종근(JongKeun Park),류창국(ChangKook Ryu),김영주(YoungJu Kim) 한국연소학회 2014 KOSCOSYMPOSIUM논문집 Vol.2014 No.5

Bottom ash from a coal-fired power plant is currently landfilled to a , which causes a growing environmental concern and increased operating costs. One way of recycling the bottom ash is to produce light weight aggregate (LWA) using a rotary kiln. This study investigated the temperature profiles of raw LWA particles in a rotary kiln to identify the range of feasible operating conditions. The effects of air preheating and excess air ratio were analyzed using integrated simulations using a 1-dimensional model for the bed of LWA particles and computational fluid dynamics (CFD) for the gas flow. The results shows that, in order to attain a peak temperature of 1100 ℃ for LWA particles, the ideal air temperature required from LWA cooling process is about 700 ℃ at an excess air ratio of 150%. If the air is independently preheated to 150 ℃, excess air should be reduced to about 50% to achieve the appropriate peak temperature.

CFD 상용코드를 이용한 제철공정 소결층 3차원 해석 수행을 위한 모델링 방법론 개발

김무경(Mukyeong Kim),김희윤,류창국(Changkook Ryu),김량균(Ryang-Gyoon Kim),임호(Ho Lim),이세원(Sewon Lee),김세현(Sehyun Kim) 한국연소학회 2021 KOSCOSYMPOSIUM논문집 Vol.2021 No.11

직접접촉식 응축기를 통한 가압순산소 연소 배가스 내 SO_x, NO_x 동시저감 연구

최솔비,목진성,양원,류창국,최석천,Choi, Solbi,Mock, Chinsung,Yang, Won,Ryu, Changkook,Choi, Seuk-Cheon 한국청정기술학회 2019 청정기술 Vol.25 No.3

가압순산소 연소는 발전 공정의 온실가스 포집 기술의 하나로서, $CO_2$의 압축 전 단계에 FGC (Flue gas condensor)를 통해 배가스 내 수분의 잠열을 회수하여 효율을 높일 수 있다. 또한 FGC는 가스의 용해도를 이용하여 $SO_x$ 및 $NO_x$를 동시에 효과적으로 제거할 수 있는 장점이 있다. 이 연구에서는 FGC의 방식 중 하나로서 직접 접촉식 응축기를 고안하여 $SO_x$ 및 $NO_x$의 저감율을 평가하였다. 특히 가스가 물에 직접 통과할 때 용해를 통한 저감효율을 측정하기 위해 단독가스와 혼합가스로 분리하여 상압에서 10 bar까지의 압력조건을 변수로 실험을 진행하였다. 단독 가스 실험결과 $NO_x$는 상압에서 저감율이 약 20%, 10 bar 압력조건에서 약 76%로 크게 증가하였다. 또한 $SO_2$는 높은 용해도로 전량이 용해하여 초기 저감율에 큰 차이가 나타나지 않았으나, 압력이 증가할수록 최고 저감율이 유지되는 시간이 증가하였다. 동시저감 실험 결과 상압에서 $NO_x$의 저감율은 13%이나, 압력이 상승할수록 헨리법칙에 의한 용해도 증가에 따라 20 bar에서 56%로 증가하였다. $SO_2$는 초기에 다량 용해된 후 다시 배출 농도가 증가하는 폭이 상압에서는 1,219 ppm, 20 bar에서는 165 ppm으로 감소하였다. 결론적으로 $NO_x$ 및 $SO_x$ 모두 압력이 높아질수록 저감율이 증가하였으나, 단독가스 실험과 비교하면 저감율이 감소함을 확인하였다. 이는 혼합가스 투입으로 인해 반응기 내부에 채운 물의 산성화가 빠르게 이루어졌기 때문이다. Pressurized oxy-fuel combustion is a promising technology for $CO_2$ capture with a benefit of improving power plant efficiency compared with atmospheric oxy-fuel combustion. Prior to $CO_2$ compression in this process, a flue gas condenser (FGC) is used to remove $H_2O$ while recovering the latent heat. At the same time, the FGC has a potential for high-efficiency removal of $SO_x$ and $NO_x$ by exploiting their good solubility in water. In this study, experiments were carried out in a lab-scale, direct contact FGC under different pressures varying between 1 and 20 bar to evaluate the removal efficiency of $SO_2$ and $NO_x$ for individual gases and their mixture. In the tests for individual gases, 20% and 76% of $NO_x$ was removed at 1 bar and 10 bar, respectively. Even higher removal efficiencies were achieved for $SO_2$, and also these were maintained for longer as the pressure increased. In the tests for $SO_2$ and $NO_x$ mixture, the removal efficiency of $NO_x$ increased from 13% at 1 bar to 56% at 20 bar because of higher solubility at elevated pressures. $SO_2$ in the mixture was initially dissolved almost completely and then increased by 1,219 ppm at 1 bar and by 165 ppm at 20 bar. Overall, the removal efficiency of $SO_2$ and $NO_x$ was increased at elevated pressures, but it was lower in the mixture compared with individual gases at identical conditions because of a lower pH and associated chemical reactions in water.

분류층 석탄 가스화기 내벽의 슬래그 거동 예측 모델에 대한 고찰

예인수(In-Soo Ye),류창국(Changkook Ryu),김봉근(Bongkeun Kim) 한국연소학회 2014 KOSCOSYMPOSIUM논문집 Vol.2014 No.5

In entrained flow coal gasification, the formation of slag layer on the reactor wall is crucial in protecting the equipment from excessive heat and chemicophysical damages. For the prediction of the slag flow, a few analytical models have been reported in the literature, which is based on signification simplifications on the slag viscosity and/or temperature profile. In order to overcome the limitation of existing models, a new numerical approach was proposed in this study. The performance of two exisiting analytical models and the new numerical model was evalulated for indicative operating conditions of a model gasifier. The results show that the reliability of existing models is limited to simple conditions, while the new model can be applied to various thermal conditions with large change in slag properties.