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산업용 시멘트 소성로에서의 고체 입자의 거동에 대한 수치적 연구
김우태(Woo Tae Kim),이구회(Guhoe Lee),허원(Won Heo),오세천(Sea Cheon Oh),송민정(Min Jeong Song) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.11
The movement of solid particles inside an industrial cement kiln is numerically simulated via the discrete phase model. The steady state velocity field is first calculated using SIMPLEC numerical scheme for the pressure-velocity coupling. Then, solid particles with different diameters are injected at the selected locations near the particle exit at the pre-calciner wall. Without the turbulent dispersion, the movement of solid particles are very limited. Relatively small particles with diameters of 20 or 10 micrometers show active movements both of the upward and downward directions. In addition, solid particles with lower density moves more actively in the two-stage cyclone.
김우태(Woo Tae Kim),이구회(Guhoe Lee),허원(Won Heo),오세천(Sea Cheon Oh),송민정(Min Jeong Song) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.11
The turbulent flow field inside multistage cyclone preheater and pre-calciner is numerically simulated via the finite volume method. The primary air is supplied through a rotary cement kiln which is connected to the pre-calciner. The steady state velocity field shows that a strong circulating flow pattern is formed in the first and second stage cyclone preheaters. To analyze the blocking effect of solid particles in the pipes attached the cyclone bottom part, the case without the connecting pipes are compared with the reference case with the connecting pipes. As the blockage ratio changes depending on the operating conditions, the simulation results for the two cases provide valuable information for the two extreme situations where the reference case represents non-blocking and the modified case represents complete blocking. The modified case shows the stronger circulating flow in the cyclone preheaters.
전산유체역학을 활용한 킬른 회전 방향에 따른 염소 By-pass 위치 선정에 관한 연구
전지민(Jimin Jeon),이명종(Myeongjong Lee),고형탁(Hyeongtak Ko),오세천(Seacheon Oh),이구회(Guhoe Lee),김재형(Jaehyeong Kim),김우태(Wootae Kim) 한국환경에너지공학회 2023 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2023 No.2
시멘트 산업은 탄소중립 시나리오에 따라 소성 공정 에서 발생하는 이산화탄소 배출량을 줄이고자 대체 연료로써 폐합성수지의 사용량을 중가시키 고 있다. 폐합성수지의 염소 성분은 원료에 포함된 칼륨과 반용하여 염화칼륨을 생성한다. 염화칼륨은 소성로 내부에서 휘발과 응축을 반복 순환하며 코팅 현상으로 인한 하소로 막 둥의 문제를 발생시킨다. 따라서, 연료 대체율 향상과 안정된 시멘트 공정을 위한 염소 By-pass 시스템을 통해 염화칼륨을 우회해야 한다 염소 By-pass 설비는 염화칼륨이 고농도로 휘발되며 유속이 낮아 비산하는 양이 적은 구역에 설치해야 한다. 또한, 내부 유동장은 고온의 가스가 회전하며 유입되어 킬른의 회전 방향에 따라 다른 양상을 보인다. 본 연구는 전산유체역학 해석 프로그램인 ANSYS 2021 R2를 활용하여 킬론 회전 방향에 따 염소 By-pass 설비의 설치 위치를 선정 하는 연구를 수행하였다.
폐플라스틱 원료화를 위한 시멘트 예열기 연소반응의 전산유체역학 해석 연구
송민정(Song Min Jeong),박찬(Chan Park),장지원(Ji Won Jang),이구회(Guhoe Lee),김우태(Woo Tae Kim),오세천(Sea Cheon Oh) 한국환경에너지공학회 2022 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2022 No.2
최근 코로나19로 인한 사회적 거리두기 정책이 실시됨에 따라 배달문화 발전으로 일회용 플라스틱 포장 사용횟수 증가로 폐폴라스틱 발생량이 급증하고 있다. 폐플라스틱은 소각과 재활용으로 주로 처리하며, 소각의 경우 온실가스 방출량이 많아 재활용의 필요성이 중대되고 있다. 시멘트 업계에서는 이산화탄소 발생량 감축올 위해 연료로 사용하던 유연탄의 의존도를 낮추고 폐풀라스틱으로 점차 대체하고 있다. 하지만 염소 함량이 많은 폐플라스틱의 경우 연소 시 염화물이 킬른 내에서 휘발되어 기화하며, 예열기에서 다시 냉각되는 과정에서 공정상의 문제점을 유발하기 때문에 이를 제어하기 위한 기술이 요구된다. 따라서 염화물이 포함된 폐폴라스틱과 시멘트 원료의 연소반응을 파악하기 위해 전산유체역학 해석 프로그램인 ANSYS 202 1R2를 사용하여 예열기 내부 연소반응 해석을 수행하였다.
순환자원 연료화를 위한 시멘트 킬른 제조공정 전산유체역학 해석 연구
송민정(Min Jeong Song),박찬(Chan Park),장지원(Ji Won Jang),이구회(Guhoe Lee),김우태(Woo Tae Kim),오세천(Sea Cheon Oh) 한국환경에너지공학회 2022 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2022 No.2
해마다 전 세계 적으로 환경오염의 심각성이 증가하고 있으며 , 이를 줄이기 위한 노력이 각국에서 이루어지고 있다. 국내 는 2050 탄소중립 (NET-Zero)을 발표하며 이산화탄소 배출량과 흡수량을 동일하게 하여 실질적으로 배출량 제로(O)를 목표하고 있다. 탄소중립 목표를 달성을 위하여 시 덴트 제조업은 이산화탄소 발생량을 줄이기 위해 유연탄과 유사한 성질을 가진 폐풀라스틱, 폐타이어 등 가연성 폐기물을 보조연료로 사용하고 있는 중이다. 하지만 폐풀라스틱울 연료로 사용시 염소농도를 제어 해야 한다는 주의점이 있다. 염소는 부식성이 강하여, 소성과정에서 코팅현 상을 발생시킨다. 이는 소성온도에 영향을 주어 시멘트 품질에 악영향을 끼친다. 따라서 폐풀라스틱을 연료화시 염소농도로 발생되 는 문제점을 해결하기 위해 염소제어설비인 염소바이패스 설치가 중요하다. 시멘트 킬른은 대형 설비이며, 소성공정이 고온에서 일어나기 때문에 여러 번 실험하기에 어려우며 비용적인 면에서 경제적 절약과 실험시간 단축을 위해 CFD 해석프로그램인 ANSYS Fluent 2021R2를 사용하였다.