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- 저자 : 방병렬(Byungryeul Bang) (검색결과 3 건)
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0.1MWth급 순환 유동층 연소기를 모사한 냉간 유동층 반응기의 수력학적 특성 파악
손정모(Jeongmo Son),황희수(Heesoo Hwang),김재헌(Jaeheon Kim),양창원(Changwon Yang),방병렬(Byungryeul Bang),이은도(Uendo Lee) 한국열환경공학회 2020 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2020 No.춘계
CFB보일러는 연소로 내 입자(석탄, 석회석, 회 등)의 유동 및 순환을 통한 연소 방식으로, 뛰어난 연료 적응성으로 인해 다양한 저급 연료(저급탄, 바이오매스, 폐기물에너지 등)를 활용할 수 있는 장점과 900℃ 이하의 운전 온도로 인해 NOx 발생이 적고, 연소 시 석회석을 투입하여 별도의 탈황, 탈질 설비가 불필요하다는 장점을 가진다[1]. 순환 유동층 보일러는 고체 순환량과 이에 따른 압력 분포의 예측이 매우 중요 하지만 고온 유동사를 이용하는 실제 환경에서 순환 유동층 보일러의 상세한 수력학적 특성을 파악하는 것은 현실적으로 어려운 경우가 많다[2]. 이를 위해 고온, 대형 유동층 보일러의 수력학적 특성을 상사한 상온, 소형 냉간장치를 활용하는 방법론이 이용고 있다. 본 연구에서는 0.1 MWth 순환 유동층 연소기를 대상으로 실규모 연소기의 형상 정보(내경 150mm, 높이 10m)와 수력학적 특성을 지배하는 3개의 물리량을 대표하는 상사 인자(parameter) 그리고 실제 연소기와 동일한 유동화 영역에 사용되는 층물질(bed material)을 대상으로 Glicksman이 제안한 상사법칙을 사용하여 1/4 배로 축소 설계된 냉간 장치를 구축하여 실험을 수행하였다. 차압계 (DPLH series, Sensys)를 사용하여 냉간 유동층 실험의 압력 분포 및 고체 체류량을 측정하였다. 그 후 냉간장치 실험결과를 0.1 MWth 순환 유동층 연소기 실험결과, 유동층 상용 수치해석 프로그램인 BARRACUDA를 활용한 3차원 수치해석 결과와 상호 비교하여 연소기 내부의 유동특성과 상사법칙의 유효성을 평가 하였다. 추가적으로, 분산판의 형태에 따른 수력학적 특성의 차이를 알아보고자 perforate형, nozzle형으로 실험을 진행하였다.
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CFB 보일러 오염물질 배출 최적화를 위한 머신러닝 기법 활용
황희수(Heesoo Hwang),김재헌(Jaeheon Kim),손정모(Jeongmo Son),정재용(Jaeyong Jeong),양창원(Changwon Yang),방병렬(Byungryeul Bang),이은도(Uendo Lee) 한국열환경공학회 2020 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2020 No.춘계
CFB 보일러는 다양한 저급연료의 활용이 가능하며 석회석을 이용한 로내 탈황, 900도 내외의 조업 조건을 통해 SOx 및 NOx 등 오염물질 배출을 최소화 할 수 있는 친환경 발전설비 이다[1]. 유동층 시스템의 특성상 탈황, 탈질 효율은 보일러 내 입자의 수력학적 특성과 밀접하게 관련되어 있으며 이를 파악하기 위해서는 수치해석 기법의 활용이 필수적이다[2]. 본 연구에서는 IEA-CFBC 모델에 기반한 1-D CFB 보일러 수치해석 결과를 바탕으로 오염물질 배출과 연관된 주요 조건(석회석 투입량 및 당량비)에 대한 영향을 평가하기 위해 머신러닝 기법의 적용 가능성을 살펴보았다. 수치해석을 통해 얻은 빅 데이터를 머신러닝 모델 훈련에 활용 한 후, 특정 SOx 배출량에 부합하는 유동사의 입도분포 (Particle Size Distribution)를 예측하였다. 그 결과 머신러닝을 통해 예측한 유동사의 평균 입도분포는 수치해석 결과와 평균 0.2067㎛의 오차를 보였으며, 원하는 보일러 운전조건에 부합되는 유동사의 입도분포를 정확히 예측하는 것으로 평가되었다. 석회투입량과 당량비 이외에도 배출량에 크게 영향을 줄 수 있는 석탄의 특성(공업분석, 원소분석, 입도분포) 및 석회의 입도분포에 대한 영향도 같은 방식으로 평가할 예정이다. 본 발표에서는 수치해석 기반 빅 데이터 생성과 머신러닝 적용 과정과 함께 특정 대기오염 배출농도 조건에 부합하는 보일러 운전조건을 도출에 머신러닝 기법을 활용한 사례에 대해서 소개한다.
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GUI를 이용한 CFB 발전 플랜트 해석 프로그램 개발
김재헌(Jae Heon Kim),황희수(Heesoo Hwang),손정모(Jeong mo Son),정재용(Jaeyong Jeong),양창원(Changwon Yang),박소담(So dam Park),방병렬(Byungryeul Bang),이은도(Uendo Lee) 한국열환경공학회 2020 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2020 No.춘계
순환유동층(Circulating fluidized Bed) 보일러는 유동사와 연료가 산화제와 함께 순환하는 과정에서 반응하며, 높은 혼합 효율과 긴 반응시간을 갖는다. 로 내 일정한 온도 분포, 낮은 조업온도, 탈황제인 석회석을 로 내에 투입시켜 연소시키므로 SOx, NOx 등 오염물질 배출이 적은 특성이 있다. 본 연구에서는 실제 실험 수행이 어렵거나 설계 과정 등에서 반응기 내의 유동해석이 필요한 상황을 해결하기 위해 Fortran 기반으로 개발된 IEA-FBC 모델을 사용자의 접근성을 높이기 위해 Matlab 기반으로 source 코드를 전환하였고 동시에 GUI (Graphical User Interface) 프로그램을 개발하였다. Matlab 기반의 IEA-FBC 모델은 입력 값 (연료 투입량, 입도 분포 그리고 공기 투입량)을 사용하여 결과 값 (반응기 내 고체 체류량 분포)을 생성해내는 기능과 사용하는 연료에 따른 경제성(편익/비용 비, 순 현재가치, 회수기간, 내부 수익률)을 평가하고 그래프로 출력하여 가시적으로도 확인 가능하도록 기능을 추가하였다. 기존에 개발하였던 VB.Net 기반 GUI 프로그램과 비교할 때 Matlab 기반 GUI는 디자인 측면에서 연산량을 줄 일수 있었으며, 자체 행렬 연산 기능을 사용하여 Fortran 기반 모델보다 연산을 빠르게 처리할 수 있었다. 또한 데이터 입출력 방식 교체로 데이터의 저장, 불러오기를 기존 Fortran 프로그램 보다 원활하게 사용 할 수 있으며 불필요한 데이터의 기록을 방지하였다. 본 발표에서는 Fortran 기반의 IEA-CFBC 모델을 Matlab 기반으로 전환하는 과정과 장단점 그리고 GUI 프로그램을 사용하여 CFB 보일러 해석사례에 대해 소개한다.
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