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- 저자 : 유승한(Seunghan Yu) (검색결과 13 건)
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고정층 반응기를 이용한 우드펠릿 반탄화 특성에 관한 연구
유승한(Seunghan Yu),박진제(Jinje Park),김민수(Minsu Kim),류창국(Changkook Ryu),이용운(Yongwoon Lee),양원(Won Yang),정영갑(Yeong-gap Jeong) 한국열환경공학회 2019 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2019 No.춘계
우드펠릿은 바이오매스의 압축 성형 가공을 통해 생성된 연료로써 대형 보일러에서 전소 또는 혼소의 형태로 사용된다. 하지만, 우드펠릿의 낮은 분쇄성은 연소 시 미연탄소 발생량을 증가시키며, 석탄과의 혼소율을 제한한다. 반탄화는 연료의 품질을 개선하는 공정으로써, 이러한 분쇄성 문제를 해결함과 동시에 연료의 탄소함량 및 고위발열량을 증가시킨다. 본 연구는 우드펠릿의 연료 특성 및 분쇄성 개선을 위해 고정층 반응기를 이용하여 반탄화를 수행하였다. 210~310℃ 온도 범위 및 15~60 분 체류시간 조건에서 반탄화 된 생성물의 특성을 분석하였다. 질량 수율은 86.18~39.46% 로 측정되었으며, 질량 수율 감소에 따라 탄소 함량 및 고위발열량이 상승하였다. 반탄화 펠릿의 특성들은 질량 수율에 대해 경향성을 나타내었으며, 반탄화 펠릿의 용적 밀도는 질량 수율의 0.538 승에 비례하여 감소하였다. 에너지 밀도는 반탄화 정도에 따라 증가하여 수율 83%에서 최대치인 10.41 GJ/m3 로 측정되었으며, 이후 감소하여 질량 수율이 60% 이하일 땐 오히려 기존 우드펠릿보다 낮게 측정되었다. 분쇄성은 반탄화 정도에 따라 선형적으로 증가하였으며, 75% 이하의 질량 수율에서 석탄의 분쇄성과 비슷해지는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 우드펠릿이 미분탄 혼소 보일러에 사용되기 위한 이상적인 반탄화 범위는 적절한 에너지 수율과 분쇄성을 보유하는 질량 수율 75%~80% 범위가 적합하다고 판단된다.
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바이오매스 열분해 기반 바이오차 생산 공정의 설계 인자 분석
유승한(Seunghan Yu),김희윤(Heeyoon Kim),김민수(Minsu Kim),류창국(Changkook Ryu) 한국연소학회 2022 KOSCOSYMPOSIUM논문집 Vol.2022 No.5
Biochar is a carbonaceous solid produced from biomass pyrolysis, which has various chemical, fuel, and energy applications. This study analyzed a large-scale biochar production process integrated with a host boiler to receive hot flue gas as a direct-contact heat source and discharge the pyrolytic vapor-containing mixture back to the furnace for energy recovery. The target process employs a rotary pyrolysis reactor of 78 t/d biomass throughput integrated with a 125 Mwe wood pellet-fired boiler. For analysis of design parameters, a numerical model was established for the reactor simplified as a 1-D multiphase system incorporating a particle-scale submodel, and validated for a lab-scale pyrolysis reactor. The results showed that the pyrolysis severity can be controlled by temperature and flow rate of the flue gas extracted from the host boiler, but is influenced by oxidation reactions of the pyrolytic vapor with O₂ in the flue gas. Mass yield of biochar reached 31.0% with 10 t/h of flue gas extracted at 400 ℃, at which the devolatilization of hemicellulose and cellulose was completed. Further increase in the gas flow rate was not effective in increasing the pyrolysis severity.
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바이오매스 열분해 반옹기 모델링을 통한 보일러 연계 바이오차 생산공정 설계인자 분석
유승한(Seunghan Yu),김희윤(Heeyoon Kim),김민수(Minsu Kim),박정극(Jungkeuk Park),류창국(Changkook Ryu) 한국환경에너지공학회 2022 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2022 No.1
본 연구에서는 바이오매스 열분해 시 생산되는 고부가가치 물질인 바이오차의 대량 생산을 위해 발전설비에서 발생한 배가스 일부를 추출하여 로터리 반웅기에서의 열분해 열원으로 활용하는 연계 공정을 제시하였다. 해당 공정은 바이오매스-가스 간직접 접촉을 통해 바이오매스를 열분해하며, 생성 타르는 보일러 내 재순환되어 연소되기 때문에 에너지 회수가 가능한 효율적인 공정이다. 로터리 열분해 반응기설계 인자를 도출하기 위해 반응기의 길이방향으로의 1차원 정상상태 해석모델을 수립하였다. 해당 모델은 바이오매스, 가스 및 벽면간의 열전달을 복합적으로 고려한다. 특히 바이오매스 3성분(헤미셀룰로오스, 셀룰로오스 및 리그닌)의 개별 반응속도 및 생성 열분해 증기의 산화반웅을 반영하였으며, 랩 스케일 스크류 반응기를 이용하여 타당성이 검토되었다. 수치해석 결과 78 t/h 의 바이오매스 투입 시 열분해를 위해 필요한 열원 가스의 온도는 350-500 'C, 유량은 5 - 15t/h이었으며, 배가스 내 잔류 산소와 열분해 시 생성된 열분해 증기의 산화반응으로 인한 가스의 온도 상승이 열분해 정도에 크게 기여하는 것으로 나타났다. 해당 배가스 유량 조건으로 운전 시, 연계 보일러는 산화반응 후 가스상에 잔류한 가연성분 재순환 및 재연소로 인해 투입 열량 대비 1.6~3.8 배의 열량을 회수할 수 있다.
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120MWe 우드펠릿 보일러의 공기배분에 따른 NOx 및 미연탄소 저감 특성의 CFD 해석 연구
이지석(Jiseok Lee),유승한(Seunghan Yu),류창국(Changkook Ryu) 한국연소학회 2019 KOSCOSYMPOSIUM논문집 Vol.2019 No.5
Pulverized wood pellet used for power generation in a boiler generally has larger particle sizes and heavier weight than those of pulverized coal due to its low grindability. Increasinag flow rate of overfire air(OFA) to have lower NOx concentration leads to decreased carbon conversion. This study aims to reduce NOx and unburned carbon by adjusting air distribution, although the total amount of air injected is the same. The results showed that properly changing the flow rate of OFA makes inverse trend between the concentration of NOx and the unburned carbon in ash. However, injecting too much OFA had too much unburned carbon. As the flow rate of lower burners increases, the unburned carbon in ash has decreased significantly, supplementing the difficulty of OFA flow rate adjustment alone.
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125MWe 대향류식 우드펠릿 보일러의 미연탄소 저감을 위한 CFD 해석 연구
이지석(Jiseok Lee),유승한(Seunghan Yu),류창국(Changkook Ryu) 한국열환경공학회 2019 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2019 No.춘계
이 연구는 무연탄에서 우드펠릿 전용 보일러로 개조된 125MW 규모 대향류 보일러에서의 운전 개선을 위해 수행한 연구이다. 우드펠릿은 목분을 압축 성형한 연료로서, 미분을 통해 연소 시 분쇄성이 낮아 큰 입경의 입자들이 높은 미연탄소 함량을 가지고 바닥재로 배출되어 보일러 효율을 감소시키는 등의 운전상의 문제를 유발한다. 따라서 이를 개선하기 위해 CFD를 이용하여 연료입경별 거동과 연소공기 배분 등에 따른 미연탄소 발생 및 NOx, 보일러 효율 영향을 상세 분석하였다. 대상보일러는 downshot 방식의 형태를 유지하며 대향류 방식으로 개조되었기 때문에 버너영역의 폭이 넓어 유속저하로 바닥재 배출이 증가하는 경향을 보인다. 특히 1 mm 이상의 입자에서 높은 미연탄소 함량을 가지고 바닥재로 배출되는 비율이 크게 늘어나는 것으로 나타났다. 따라서, 1 mm 이하로 미분도 개선 시 NOx 영향 없이 연소 효율 향상이 가능하였으나, 이는 미분기 교체가 필요하여 현실적으로 쉽지 않은 방안이다. 그 대안으로서 연소공기 배분을 다양하게 변경하는 방식을 분석한 결과, 하단 버너로의 공기 공급을 증가시키는 경우 소폭의 개선이 가능함을 확인하였다. 보다 근본적인 개선방안은 추가적인 보일러 개조를 통해 underfire air를 설치하고 overfire air의 포트 위치를 수정하는 것이다. 이 경우 air staging을 확실하게 적용할 수 있어 미연탄소 배출과 NOx 배출을 획기적으로 저감하는 것이 가능한 것으로 나타나 적용방안의 검토가 필요하다.
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반탄화 수율에 따른 바이오패스 열분해 거동 예측 모델 개발
김희윤(Heeyoon Kim),유승한(Seunghan Yu),류창국(Changkook Ryu) 한국연소학회 2022 KOSCOSYMPOSIUM논문집 Vol.2022 No.5
Biomass torrefaction is a thermal treatment for partial decomposition of lignocellulosic components to upgrade the fuel quality. For use of torrefied biomass, the pyrolysis behavior is analyzed for individual samples, although they inherit the characteristics of raw biomass. This study proposes a novel approach to predict the pyrolysis behavior of torrefied biomass form that of raw biomass and torrefaction severity, employing three parallel-reaction model. From the evaluation of torrefied biomass with various torrefaction severities, two requirements were drawn for the model development: i) increase in fixed carbon content, and ii) temperature shift in reaction peaks. In the proposed model, the increase in fixed carbon content was considered by a correlation of torrefaction severity derived from measured data. The shift in reaction peaks were modelled by introducing a cumulative Rayleigh function with a shape parameter expressed as a function of torrefaction severity. The model successfully reproduced the pyrolysis behavior of torrefied biomass, especially in the typical range of torrefaction severity (70-80%).
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목질계 바이오매스 열호학적 변환 고체 생성물 특성에 대한 실증적 상관관계 규명
박진제(Jinje Park),유승한(Seunghan Yu),김동희(Donghee Kim),이영재(Youngjae Lee),류창국(Changkook Ryu) 한국연소학회 2020 KOSCOSYMPOSIUM논문집 Vol.2020 No.9
Thermochemical conversion (e.g. torreffaction and slow pyrolysis) of biomass has been used to achieve the higher physical and chemical properties for target applications. In this study, empirical correlations for several properties (VM/FC ratio, atomic composition) of solid products from torrefaction and slow pyrolysis of biomass were derived from experiments and analysis of literature data. This study identified the normalized solid yield on a dry, ash-free basis as the key variable for deriving more accurate and comprehensive correlations from a huge collected data set. These correlation can provide desirable properties of pyrolysis solid product for target use before the actual design of the reactor type and heating method.
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