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      • 화력발전 연계 바이오매스 반탄화 기술개발 동향

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

        '스콜라' 이용 시 소속기관이 구독 중이 아닌 경우, 오후 4시부터 익일 오전 9시까지 원문보기가 가능합니다.

        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.

      • 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.

      • KCI등재

        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.

      • 전산해석을 통한 원자로 노심 용융물의 채널 내 퍼짐 및 열전달 특성 분석

        예인수(In-Soo Ye),류창국(Changkook Ryu),하광순(Kwang-Soon Ha),송진호(Jin-Ho Song) 대한기계학회 2010 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2010 No.11

        In an unlikely accident of nuclear reactor melt down, the leaked core-melt or corium needs to be contained in a device called core-catcher for cooling and stabilization. The ex-vessel behavior of corium involves complex physical and chemical mechanisms of flow propagation, heat transfer and reactions with sacrificial materials. As part of design development of a core-catcher, this study investigated the detailed characteristics of corium flow and heat transfer using a commercial CFD code for experimental data of corium spreading available in literature. The volume-of-fluid (VOF) model was applied to predict the interfacial surface formation of corium and surrounding air, and the discrete ordinate model was adopted for prediction of radiation from the surface of corium to the surroundings. It was found that the effect of cooling by radiation through the top surface of corium was dominant on the temperature and viscosity profiles at the corium front.

      • KCI등재

        직접접촉식 응축기를 통한 가압순산소 연소 배가스 내 SO<sub>x</sub>, NO<sub>x</sub> 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.

      • 제철공정 소결층의 3차원 CFD 해석을 위한 모델링 방법론 개발

        김무경(Mukyeong Kim),류창국(Changkook Ryu) 한국연소학회 2021 KOSCOSYMPOSIUM논문집 Vol.2021 No.5

        The sintering process of iron ore in the steelmaking industry involves combustion of solid fuels in a moving bed. In previous numerical studies, it was modelled as unsteady 1-D fixed bed system which was capable of capturing the downward propagation of ignition front after ignition at the top. However, such approaches have limitations in simulating the whole process including the heat and mass transfer and variation in the incident air flow rate in the transverse direction. In this study, a new modelling framework for 3-D simulations of the sintering process was developed using a commercial CFD code, ANSYS Fluent. The sintering bed was modelled as porous media with a non-thermal-equilibrium approach to separately solve the temperatures of the gas and particle phases together. One essential modelling feature is that the particle movement in the transverse direction was treated as the enthalpy flow added to the code as a source term for the energy equation. Also, user-defined functions were used to implement various phenomena such as te solid-solid and gas-solid heat transfer, moisture evaporation, coke reactions, calcination, generation of turbulence, etc. The results showed that the new modeling method successfully simulated the propagation of ignition front and the gradual accumulation of heat.

      • KCI등재

        접선연소식 보일러에서 미분탄 연소 시 공기 배분의 영향에 대한 전산해석연구

        강기섭 ( Kieseop Kang ),류창국 ( Changkook Ryu ) 한국화학공학회 2017 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.55 No.4

        본 연구는 560 MWe급 접선연소식 미분탄 보일러에서 공기단계연소에 의한 연소 및 NOx 배출 특성과 슬래깅성에 대하여 분석한 것이다. 이를 위해 고급 석탄 연소 모델이 적용된 전산유체역학(CFD) 시뮬레이션을 이용하여 전체 연소공기의 당량비(SR)는 1.2로 고정하고, 버너 영역의 SR을 0.94에서 0.995까지 변화시켰다. 공기 배분의 변화에 따라 버너 영역 및 열교환기의 온도 및 전열량 분포가 변하지만 보일러의 전체 효율은 거의 동일하게 나타났다. 버너 영역의 SR이 0.94로 낮아지면 Fuel NO의 생성이 억제되어 절탄기 출구 NOx 배출량은 20% 감소하나, 미연분과 슬래깅성에는 큰 영향이 나타나지 않았다. 따라서, 이 보일러에서 NOx 배출 저감을 위해 공기배분을 조절하여 버너 영역의 SR를 낮추고 상부연소공기(OFA)의 값을 높여 운전하는 것이 타당함을 확인하였다. This study investigated the influence of air staging on combustion and NOx emission in a tangential-firing boiler at a 560 MWe capacity. For air staging, the stoichiometric ratio (SR) for the burner zone was varied from 0.995 to 0.94 while the overall value was fixed at 1.2. The temperature and heat flux in the burner zone and upper furnace corresponded to the distribution of SR, while the total boiler efficiency remained similar. The NOx emission at the furnace exit was reduced by up to 20% when the SR in the burner zone decreased to 0.94. However, the amount of unburned carbon and slagging propensity was not noticeably influenced by the changes in the SR of the burner zone. Therefore, it was favorable to lower the SR of the burner zone for reduction of NOx emission.

      • 석탄 가스화시 회분의 임계점도온도 및 플럭스 비율 변화에 따른 벽면 슬래그 거동 특성 분석

        예인수(Insoo Ye),류창국(Changkook Ryu),김봉근(Bongkeun Kim) 한국연소학회 2014 KOSCOSYMPOSIUM논문집 Vol.2014 No.11

        In the entrained-flow coal gasifier, coal ash turns into a molten slag most of which deposits onto the wall to form liquid and solid layers. Critical viscosity refers to the viscosity at the interface of the two layers. The slag layers play an important role in protecting the wall from physical/chemical attack from the hot syngas and in continuously discharging the ash to the slag tap at the bottom of the gasifier. For coal with high ash melting point and slag viscosity, CaO-based flux is added to coal to lower the viscosity. This study evaulates the effect of critical viscosity temperature and ash/flux ratio on the slag behavior using numerical modelling in a commercial gasifier. The changes in the slag layer thickness, heat transfer rate, surface temperature and velocity profiles were analyzed to understand the underlying mechanism of slag flow and heat transfer.

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