강원도 동해시 시멘트공장과 북평산업단지 인근에서 측정한 PM<SUB>2.5</SUB>의 특성

강서영(Seo Yeong Kang),윤승환(Seung Hwan Yoon),한영지(Young-Ji Han) 강원대학교 환경연구소 2023 Journal of the Environment Vol.16 No.1

PM<SUB>2.5</SUB> has negative effects on human health and the environment. The major components of PM<SUB>2.5</SUB> are composed of ionic components, carbonaceous components, and trace metallic elements, and ionic and carbonaceous components account for approximately 50% and 30%, respectively. The purpose of this study was to collect PM<SUB>2.5</SUB> and determine its major chemical components in two different functional areas. PM<SUB>2.5</SUB> was collected at Samhwa Elementary School (SES), located near a cement factory in Donghaesi, Gangwon-do and Bukpyeong-dong Administrative Welfare Center (BAWC), located near the industrial complex. NO₃- showed the highest concentration at both locations. Since [NO₃-/SO₄<SUP>2-</SUP>] showed relatively higher values in BAWC than in SES, it was anticipated that PM<SUB>2.5</SUB> in BAWC was more affected by mobile sources than in SES. It was observed that SO₄<SUP>2-</SUP> and NO₃- mainly existed in the form of (NH₄)₂SO₄ and NH₄NO₃ at both sites. In addition, high concentrations of PM<SUB>2.5</SUB> appeared when NH₄+ was deficient, indicating that NH₃ was likely to play an important role in forming secondary NH₄NO₃. At both sites, good correlation between organic carbon (OC) and elemental carbon (EC) was found. Relatively high OC/EC ratios observed at both sites indicate that a significant portion of OC was formed secondarily in atmosphere.

기포유동층 고분자 중합 반응기에서의 슬러그 특성

고은솔 ( Eun Sol Go ),강서영 ( Seo Yeong Kang ),서수빈 ( Su Been Seo ),김형우 ( Hyung Woo Kim ),이시훈 ( See Hoon Lee ) 한국화학공학회 2020 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.58 No.4

고체 입자들이 유체처럼 움직이는 유동층 공정은 에너지 전환 공정뿐만 아니라 범용 고분자 수지의 생산 공정에도 이용되고 있다. 범용 고분자 수지 중의 하나인 LLDPE(Linear low density polyethylene)도 기포 유동층 공정을 통해 전세계에서 생산되고 있다. 입자 크기에 비해 밀도가 낮은 LLDPE 입자들은 고분자 중합 반응을 위해 공급되는 수소에 의해서 유동화된다. 그러나 LLDPE 생산 공정은 기포유동층 공정임에도 불구하고 발생한 슬러그로 인하여 반응에 영향을 끼쳐 공정의 효율 저하를 불러올 수 있다. 이에 본 연구에서는 상용 고분자 반응기를 모사한 pilot 규모의 고분자 합성 반응기(0.38 m l.D., 4.4 m High)와 동일한 시뮬레이션 모델을 구축하여 LLDPE 입자의 유동화 상태를 고찰하였다. 특히 기체 유속(0.45-1.2 m/s), 고체 입자 밀도(900-1900 kg/㎥), 입자 구형도(0.5-1.0), 입자 크기(120-1230 μm)의 변화에 따른 슬러그 특성을 세밀하게 고찰하기 위하여 전산입자유체해석(Computational particle-fluid dynamics, CPFD)을 이용하였다. CPFD를 통해서 일부 실험자들만 고찰할 수 있었던 flat slug의 발생을 시각적으로 구현하였으며 밀도, 구형도, 크기 등의 고체의 물리적 특성을 변화시킴에 따라 슬러그 발생을 저감시킬 수 있음을 확인하였다. Fluidization processes in which solid particles vividly move like gas or liquid have been widely used in various industrial sectors, such as thermochemical energy conversion and polymerization processes for general purpose polymer resins. One of the general purpose polymer resins, LLDPE(Linear low-density polyethylene) resins have been produced in bubbling fluidized bed processes in the world. In a bubbling fluidization polymerization reactors, LLDPE particles with relatively larger particle size and low density are fluidized by hydrogen gas for polymerization reaction. Though LLDPE polymerization reactors are one of bubbling fluidization processes, slugs that have negative impact for reaction exist or occur in these processes. Therefore, the fluidization state of LLDPE particles was investigated in a simulation model similar to a pilot-scale polymerization reactor (0.38 m l.D., 4.4 m High). In particular, the effect of gas velocity (0.45-1.2 m/s), solid density (900-199 kg/㎥), solid sphericity (0.5-1.0), and average particle size (120-1230 μm), on bed height and fluidization state were measured by using a CPFD(Computational particle-fluid dynamics) method. With CPFD analysis, the occurrence of a flat slug was visualized. Also, the change in particle properties, such as particle density, sphericity, and size, could reduce the occurrence of slug and bed expansion.

CPFD를 이용한 석회석 입자의 거동 및 직접 탈황 반응 해석

고은솔(Eun Sol Go),강서영(Seo Yeong Kang),서수빈(Su Been Seo),김형우(Hyung Woo Kim),이시훈(See Hoon Lee) 한국연소학회 2020 KOSCOSYMPOSIUM논문집 Vol.2020 No.9

태양열 하이브리드 공정을 위한 Lab-scale 태양열 저장 장치 설계 및 운전 실험

서수빈(Su Been Seo),김형우(Hyung Woo Kim),강서영(Seo Yeong Kang),고은솔(Eun sol Go),이시훈(See Hoon Lee) 한국연소학회 2020 KOSCOSYMPOSIUM논문집 Vol.2020 No.9

0.1MW_th 급 순환유동층에서의 무연탄 연소 전산유체역학 모사

고은솔 ( Eun Sol Go ),국진우 ( Jin Woo Kook ),서광원 ( Kwang Won Seo ),서수빈 ( Su Been Seo ),김형우 ( Hyung Woo Kim ),강서영 ( Seo Yeong Kang ),이시훈 ( See Hoon Lee ) 한국화학공학회 2021 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.59 No.3

낮은 반응성으로 인해 복잡한 공정이 필요한 무연탄은 순환유동층 내의 동적 거동을 통해 연소 특성이 고찰되어야 한다. Pilot 규모의 0.1MW_th 급 순산소 순환유동층 연소로에서의 무연탄 연소 특성을 고찰하기 위하여 본 연구에서는 전산유체해석 기법을 이용하였다. 순산소 순환유동층 보일러는 연소로(0.15 m l.D., 10 m High), 싸이클론, 재순환부 등으로 구성되었고 동일한 크기의 3D 모델 반응기를 구축하였다.실험에 사용한 무연탄은 평균 입도 1,070 μm, 밀도 2,326 kg/㎥이다. 공기 연소에서 순산소 연소로의 연소 환경 변화에 따른 반응기 내부의 기-고 흐름 패턴을 고찰하였다. 이때, 공기 연소와 순산소 연소에서 온도 분포는 비슷한 양상을 보이지만 압력 분포는 순산소 연소에서 더 낮음을 알 수 있었다. 더불어 공기 연소에 비해 순산소 연소에서 더 높은 CO₂ 농도를 가지므로 이산화탄소 포집이 활발히 이루어질 것을 예상해 볼 수 있다. 결과적으로 본 연구를 통해 무연탄 활용 시 순환유동층 반응기의 최적화된 설계 및 운전에 기여할 수 있음을 확인하였다. The combustion characteristics of anthracite, which follow a complex process with low reactivity, must be considered through the dynamic behavior of circulating fluidized bed (CFB) boilers. In this study, computational fluid dynamics (CFD) simulation was performed to analyze the combustion characteristics of anthracite in a pilot scale 0.1MW_th Oxy-fuel circulating fluidized bed (Oxy-CFB) boiler. The 0.1MW_th Oxy-CFB boiler is composed of combustor (0.15 m l.D., 10 m High), cyclone, return leg, and so on. To perform CFD analysis, a 3D simulation model reactor was designed and used. The anthracite used in the experiment has an average particle size of 1,070 μm and a density of 2,326 kg/㎥. The flow pattern of gas-solids inside the reactor according to the change of combustion environment from air combustion to oxygen combustion was investigated. At this time, it was found that the temperature distribution in air combustion and oxygen combustion showed a similar pattern, but the pressure distribution was lower in oxygen combustion. addition, since it has a higher CO₂ concentration in oxygen combustion than in air combustion, it can be expected that carbon dioxide capture will take place actively. As a result, it was confirmed that this study can contribute to the optimized design and operation of a circulating fluidized bed reactor using anthracite.

태양열 하이브리드 공정을 위한 유동층 입자들의 마모 및 열전달 특성 연구

김형우(Hyung Woo Kim),이도연(Doyeon Lee),남형석(Hyungseok Nam),홍영완(Young Wan Hong),서수빈(Su Been Seo),고은솔(Eun Sol Go),강서영(Seo Yeong Kang),이시훈(See Hoon Lee) 한국청정기술학회 2020 청정기술 Vol.26 No.1

전기와 천연가스와 같이 안정적이며 신뢰할 수 있는 에너지를 현대 사회가 요구하기 때문에 재생에너지와 화석연료의 장점들을 모두 보유하고 있는 다양한 방식의 태양열 하이브리드 공정들이 세계 각국에서 개발되고 있다. 특히 고체 입자에 태양열을 저장하는 유동층 기반의 태양열 하이브리드 공정은 기존의 유동층 연소 및 가스화에 적용할 수 있을 것으로 기대받고 있다. 이에 본 연구에서는 ASTM D5757 반응기와 0.14 m의 직경과 2 m 높이의 유동층 반응기를 이용하여 태양열 하이브리드 공정의 유동층물질로서 검토되고 있는 실리콘 카바이드, 알루미나 입자들의 마모 및 열전달 특성을 고찰하였다. 특히 다양한 상업 유동층 반응기에서 유동층물질로 이용되는 모래와 비교하였다. 실리콘카바이드와 알루미나의 내마모성은 모래보다 우수하였으며 평균 열전달 계수도 125 ~ 152 W m<SUP>-2</SUP><SUP></SUP>K<SUP>-1</SUP> 범위를 가지는 것으로 고찰되었다. Various solar hybrid energy conversion processes, which have both the advantages of renewable energy sources and fossil energy sources, have been developed in the world because stable and predictable energy supplies, such as electricity and natural gas, are necessary for modern societies. In particular, a solar hybrid energy conversion process based on a dual fluidized bed process concept has been expected as the promising solution for sustainable energy supply via thermochemical conversions, such as pyrolysis, combustion, gasification, and so on, because solar thermal energy could be captured and stored in fluidized bed materials. Therefore, the attrition and heat transfer characteristics of silicon carbide and alumina particles used for fluidized bed materials for the solar hybrid energy conversion process were studied in an ASTM D5757 reactor and a bubbling fluidized bed reactor with 0.14m diameter and 2m height. These characteristics of novel fluidized bed materials were compared with those of sand particles which have widely been used as a fluidized bed material in various commercial fluidized bed reactors. The attrition resistances of silicon carbide and alumina particles were higher than those of sand particles while the average values of heat transfer coefficient in the bubbling fluidized bed reactor were in the range of 125 ~ 152 W m<SUP>-2</SUP>K<SUP>-1</SUP>.