다단계 반응 및 단일 화염 표면모델을 이용한 석탄입자의 연소특성에 관한 수치적 연구 = A Numerical Study on the Coal Particle Combustion Characteristics Using Multi Reaction and Singe Flame Surface Model

국문 초록 (Abstract)

석탄 연소장치의 설계나 석탄 연소의 최적 조업조건 등을 추정하기 위하여 석찬 연소에 관한 많은 연구가 진행되어 왔지만 석탄 자체의 특성인 휘발분, char 그리고 회분 등의 분율과 성분에 따른 복잡성 때문에 일반적인 석탄의 연속특성을 규명하기란 쉬운 일이 아니다. 본 연구에서는 석탄의 수분 증발, 휘발, char 연소 등으로 진행되는 연소과정을 수치해석적으로 Modeling 함으로써 고체연료의 연소 특성을 파악하였다. 석찬의 종류, 크기, 주변기체의 온도, 유속, 방사율, 그리고 이산화탄소와 산소의 질량분율에 따른 연소특성을 파악한 결과 입자의 크기가 클수록, 주변기체의 유속이 빠를수록 연소가 빨리 진행되며, 주변기체의 온도와 방사율, 그리고 이산화탄소와 산소의 질량분율이 클수록 연소 진행이 빨라짐을 알 수 있다. 그러나 이산화탄소와 산소의 질량분율은 휘발분의 휘발에 거의 영향을 미치지 않음을 알 수 있다. 따라서 본 논문에서 고려한 인자들은 고체연료를 사용하는 연소시스템의 설계에 중요한 영향을 미치는 인자임을 알 수 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A systematic study on coal combustion is needed to design the coal combustion systems and to search for the best operating condition. In this study, we studied the coal particle combustion by considering the evaporation of moisture, two-reaction model of daf coal and heterogeneous carbon reaction of char which could be observed during the coal combustion. To study on the characteristics of the coal combustion, types and sizes of coal, temperatures and velocities of gas around the coal particle, emmisivities and concentrations of CO_2 and O_2 were considered for the parametric study. The rate of combustion is observed to be faster for smaller particle sizes and for faster gas velocities. As the temperature, emissivity and concentrations of CO_2 and O_2 of the environment become higher, the coal combustion rate becomes faster. However, the concentrations of CO_2 and O_2 didn't appreciably affect the devolatilization of the daf coal. From the result of this study, the parameters considered in this study can be important for the design of various coal combustion systems.