Study on the Combustion Characteristics of Wood-pellet and Korean Anthracite Using TGA

Combustion of the Korean Anthracite and wood-pellet was characterized in air atmosphere with variation of heating rate(5, 10, 20 and $30^{\circ}C/min$) in TGA. The results of TGA have shown that the combustion of the wood-pellet occurred in the temperature range of $200{\sim}620^{\circ}C$ which is much lower than that of Korean anthracite. Activation energies of the wood-pellet and Korean anthracite, determined by using Friedman method were 44.12, 21.45 kcal/mol respectively. Also, their reaction orders(n) and pre-exponential factors(A) were 5.153, 0.7453 and $4.01{\times}10^{16}$, $1.39{\times}10^6(s^{-1})$ respectively. In order to find out the combustion mechanism of the wood-pellet and Korean anthracite, twelve solidstate mechanisms defined by Coats Redfern Method were tested. The solid state combustion mechanisms of the woodpellet and Korean anthracite were found to be sigmoidal curve A3 type and a deceleration curve F1 type respectively. Also, from iso-thermal combustion($300{\sim}900^{\circ}C$) of their char, the combustion characteristics of their char was found. Activation energies of the their char were 27.5, 51.2 kcal/mol respectively. Also, pre-exponential factors(A) were $2.55{\times}10^{12}$, $1.49{\times}10^{10}(s^{-1})$ respectively. Due to the high combustion reactivity of wood-pellet compared with Korean anthracite, combustion atmosphere will be improved by co-combustion with Korean anthracite and wood-pellet.

열중량 분석기를 이용한 목재펠릿 및 국내무연탄의 연소 특성 조사

본 연구에서는 국내 상용 순환유동층 보일러에서 연료로 사용하고 있는 저급 국내무연탄과 혼소용 연료로 이용할 예정인 목재펠릿의 각각의 연소 특성을 조사하기 위해 열중량 분석기(TGA)를 이용하여 비등온 실험(5, 10, 20, $30^{\circ}C/min$) 및 등온 조건으로 촤 연소 실험을 수행하였다. 목재펠릿의 경우는 승온 속도에 따라 차이가 있으나, 국내무연탄에 비해 낮은 온도인 $200{\sim}620^{\circ}C$ 사이에서 연소되었으며, 최대 반응속도를 나타내는 온도 또한 국내무연탄의 그것에 비해 매우 낮음을 알 수 있었다. 비등온 실험 결과를 Friedman 방법으로 해석한 결과, 무게감량이 가장 큰 2차 구간에서의 목재펠릿 및 국내무연탄의 활성화에너지는 44.12, 21.45 kcal/mol이었으며, 반응차수 및 빈도인자는 각각 5.153, 0.7453 및 $4.01{\times}10^{16}$, $1.39{\times}10^6(s^{-1})$임을 확인할 수 있었다. 또한 등온 조건으로 촤 연소 실험 결과, 화학반응 율속단계에서의 목재펠릿 및 국내무연탄의 활성화에너지는 각각 27.5, 51.2 kcal/mol이었으며, 빈도인자는 각각 $2.55{\times}10^{12}$, $1.49{\times}10^{10}(s^{-1})$임을 확인할 수 있었다. 국내무연탄에 비해 목재펠릿이 낮은 온도에서 연소 반응이 시작이 되고 반응차수 및 빈도인자가 높아 반응속도를 빠를 것으로 판단되어 혼소 시 연소 제어가 잘 이루어질 경우, 연소로 내의 연소 분위기가 향상될 것으로 예상된다.