Coal Ash Combustion Simulation for 500-MW Coal-firing Boiler

In thermal power generation companies, the recycling of refined ash (LOI < 6%) obtained from a PC-firing furnace is beneficial for the companies, e.g., it can be used for making lightweight aggregates. However, ash having a high LOI, which cannot be reused, is still buried in the ground. To obtain refined ash, the re-burning of high-LOI ash (LOI > 6%) in a PC-firing furnace can be an alternative. In this study, a numerical analysis was performed to demonstrate the effects of ash re-burning. An experimental constant value was decided by TGA (thermo-gravimetric analysis), and a DTF (drop-tube furnace) was used in the experiment for calculating the combustion of ash. On the basis of the trajectory of the moving particles of coal and ash, it was concluded that supplying ash near the burner, which is located high above the ground, is appropriate. On the basis of numerical results, it was concluded that an ash supply rate of 6 ton/h is suitable for combustion, without affecting the PC-firing boiler.

500MW급 화력발전 보일러의 석탄회 연소 시뮬레이션

석탄은 고정탄소분, 휘발분, 수분, 회로 구성되며, 연소시 회성분과 소량의 고정탄소분이 남게 된다. 석탄 화력 발전소에서는 석탄연소 후 나오는 잔여물(고정탄소분, 회)를 통칭하여 석탄회 라고 부르고 있다. 현재 발전소에서는 정제회(LOI함량 6%미만)는 경량골재의 원료로 재활용해 수익을 창출하고 있으나, LOI함량이 높은 회는 재활용이 불가능해 땅에 매립하고 있다. 이에 따라 환경적인 부담금을 줄이고 정제회 판매의 수익을 올리기 위해 회성분의 LIO감량은 필수적이다. 본 연구에서는TGA(Thermo-gravime- tric analysis)와 DTF(Drop tube furnce) 실험을 통해 석탄과 석탄회 연소를 위한 실험적인 상수 값을 결정하였다. 500MW급 표준화력발전 보일러를 모델링하고, 전산해석을 위해 격자를 형성시키고 적절한 해석 모델을 선정하였으며, 석탄회 재연소 시뮬레이션을 수행하여 석탄회 투입시 보일러 내부의 온도 및 유동을 모사하였다. 보일러 내부 석탄 입자와 회입자의 이동 궤적을 통해 가능한 높은 버너 위치에서 석탄회를 투입하는 것이 적절함을 나타내었다. 또한 실제 설치 가능한 D버너에서 6ton/h로 공급시에 기존의 보일러에 큰 영향을 주지 않으며 재연소 가능함을 알 수 있다.