• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2008년도 추계학술대회 논문집
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• pp.234-237
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• 2008

분류층 가스화기에서 가스화기 운전 온도는 슬래그의 원활한 배출과 가스화기 성능 등에 영향을 미친다. 가스화기 운전온도는 또한, 석탄 및 산소 소비량에도 영향을 미쳐 궁극적으로는 가스화 플랜트의 주요 설비 용량을 결정하는 주요 요인중의 하나이다. 가스화기 운전 온도가 일정수준 이상으로 증가할 경우 냉가스 효율이 저하되고 가스화 성능에 약 영향을 미친다. 본 논문에서는 Coal 및 Flux 공급장치, 슬래그 배출장치 당의 구성을 설명하고 Flux 투입량에 따른 슬래그 Tcv, 가스화기 성능 등을 예측하였다. 또한, 300MW IGCC 실증 가스화플랜트 엔지니어링을 위한 예비단계로 석회석 투입에 따른 Flux 공급장치를 포함한 Feeding 설비 용량, 슬래그처리설비 용량, 가스화기 내부 및 출구 적정온도를 예측하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제32권2호
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• pp.165-174
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• 2010

석탄 가스화 반응을 모델링하여 습식분류층 석탄 가스화기의 반응특성에 대한 수치해석적 연구를 수행하였다. 본 연구의 목적은 신뢰성 있는 수치해석기술을 이용하여 가스화 장치의 기본설계와 더불어 최적 운전조건의 설정에 있다. 석탄 가스화 반응은 복사가 관여하는 고체와 기체의 이상 난류반응으로서 수증기 증발로부터 휘발화, 촤와 가스의 반응 등 일련의 연소반응의 구조를 가진다. 본 연구에서는 실험과 수치해석적인 방법을 병행하여 연구를 수행하였으며 한국에너지기술연구원에 설치된 1톤 규모의 실험용 가스화기를 대상으로 하였다. 본 연구에서는 기본적으로 상용프로그램을 사용하였으며 석탄 가스화 반응해석에 필요한 여러 서브루틴을 개발하여 해석하였다. 세부 반응 서브루틴의 난류반응은 기본적으로 에디붕괴모델에서 화학적 반응속도의 개념을 조화평균의 형태로 사용하였다. 그리고 석탄입자궤적은 라그란지안 접근방식을 선택하였으며 입자의 궤적 계산에서 저항력에 나타나는 난류비선형적인 문제에 대한 모델도 고려하였다. 이와 같이 개발된 프로그램은 실험에서 얻어진 가스농도와 온도분포 그리고 냉가스 효율 등의 자료들과 비교하여 성능을 일차적으로 검토하였다. 석탄의 입자크기분포, 석탄 슬러리 농도, 그리고 가스화기의 형상변화는 가스화 성능에 직접적으로 영향을 주며 이를 합성가스 생성량과 냉가스 효율을 통해 비교 검토하였다. 본 연구 결과가 비록 물리적으로 타당하고 변수연구의 일관성을 보여주나 기류층 석탄가스화 반응장치의 복잡성을 고려하여 볼 때 보다 많은 실험결과에 대한 정교한 모델검증 노력이 신뢰성 있는 프로그램의 완성에 필요할 것으로 판단된다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제22권6호
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• pp.913-924
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• 2011

A steady-state analysis has been conducted to predict the behavior of the slag layer in the entrained-flow slagging coal gasifier. The analysis takes into consideration the composition dependent slag properties such as density, viscosity, heat capacity, thermal conductivity, and temperature of critical viscosity. The amount of added flux to the design coal and the variation of syngas temperature inside the gasifier have been adopted as calculation parameters. The predicted results are the local thickness of the molten and the solid slag layers, and the slag viscosity and the velocity distribution across the molten slag layer along the gasifier wall near the slag tap.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제23권3호
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• pp.274-284
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• 2012

Recently, gasification technology for coal blended with biomass has been an issue. Especially, An advantages of coal blended with biomass are 1) obtaining high cold gas efficiency, 2) obtaining syn-gas of high-high heating value (HHV), and 3) controlling occurrence of $CO_2$. In this study, the efficiency and characteristic of 300 MW Shell type gasifier were predicted using CFD simulation. The CFD simulation was performed for biomass coal blending ratios of 0~0.2, 0.5, 1 and $O_2$/fuel ratios of 0.5~0.84. Kinetic parameters (A, $E_a$) obtained by $CO_2$ gasification experiment were used as inputs for the simulation. In results of CFD simulation, residence times of particle in 300MW Shell type gasifer presented as 7.39 sec ~ 13.65 sec. Temperature of exit increased with $O_2$/fuel ratio as 1400 K ~ 2800 K, while there is not an effects of biomass coal blending ratios. Considering both aspects of temperature for causing wall slagging and high cold gas efficiency, the optimal $O_2$/fuel ratio and blending ratio were found to be 0.585 and 0.05, respectively.

• 에너지공학
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• 제6권2호
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• pp.176-187
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• 1997

석탄가스화 복합발전시스템의 성능을 평가하기 위한 방안의 일환으로, 석탄시료의 탄종과 공급방식을 변경하면서 정적 시스템모사방법을 사용하여 생성 석탄가스의 발열량과 발전효율을 비교하였다. 석탄의 탄종은 유연탄 3종과 아역청탄 3종을 비교하였고 공급방식은 분류층 가스화기에서 사용되는 건식과 습식 두 가지에 대하여 비교하였다. 시스템 모사방법의 검증을 위해서는 모사결과를 Shell사와 Texaco사에서 발표된 같은 석탄시료에 대한 실증자료와 비교하여 사용된 모사방법이 적절함을 입증한 후 다른 시료에 대하여 모사방법을 적용하였다. 탄종에 따른 결과를 보면, 석탄내 탄소분이 많을수록 가스화에 의한 생성가스의 발열량과 발전효율 모두 증가하는 경향을 보이며 습식공급방식이 건식방식에 비해 탄종변화에 민감한 결과를 보였다. 특히, 습식공급 방식으로 아역청탄을 사용하는 경우는 생성가스의 발열량과 발전효율의 측면에서 유연탄에 비해 현저히 낮은 수치를 보여주고 있어 이용에 제한적임을 추정할 수 있었다. 발전효율 측면에서는 건식 석탄주입방식이 아역청탄의 경우 최대 3%, 유연탄의 경우 1% 정도의 효율이 습식방식에 비해 높게 모사 되었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제20권5호
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• pp.1735-1742
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• 1996

An entrained flow gasifier simulating the cold mode was tested to estimate its performance for coal gasification and flow characteristics with a developed high speed impinging jet nozzle. The burner was designed for high temperature and high pressure(HTHP) conditions, especially for IGCC(Integrated Coal Gasification Combined Cycle). In order to get proper size of droplets for high viscous liquid such as coal slurry, atomization was achieved by impacting slurry with high speed (over 150m/sec) secondary gas (oxygen/or air)/ Formed water droplets were ranged between 100.mu.m to 20.mu.m in their sizes. The flow characteristics in the gasifier was well understood in mixing between fuel and oxidizer. Both external and internal recirculation zones were closely investigated through experimentation with visualization and numerical solutions from FLUENT CODE.

• 에너지공학
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• 제6권1호
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• pp.104-113
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• 1997

본 연구에서는 상용공정모사기인 ASPEN PLUS를 이용하여 건식탄공급, 산소사용 분류층 가스화기인 Shell가스화공정, 저온가스정제공정, GE MS7001FA가스터빈, 삼압.자연순환식 폐열회수보일러, 재열복수식 증기터빈 및 극저온 산소분리공정을 채용한 IGCC시스템에 대하여 성능해석 모델을 개발하고 시스템 성능해석을 위한 민감도분석을 수행하였다. 본 모델의 적정성은 설계조건에서 대상탄을 이용한 정상상태 성능해석 결과를 타 시뮬레이션 결과와 비교함으로서 검증하였다.$^{1)}$ . Illinois#6탄을 대상으로 수행한 시뮬레이션 결과는 투입되는 탄에 함유된 수분의 양이 증가함에 따라 가스화기의 온도가 감소하며, 회분 및 황이 많은 경우에 현열손실이 증가하여 시스템 효율이 감소하였다. 개발된 모델을 이용하여 가스화기의 운전압력, 증기/석탄비율 및 산소/석탄비율에 따르는 시스템의 민감도분석을 수행한 결과 운전압력 증가에 따라 가스화기 노내온도가 상승하며, 가연성가스(CO＋H2) 생성율이 감소하였다. 증기/석탄비율 변화분석에서는 공급증기의 양을 변화시키면 가연성가스의 최고생성점이 보다 낮은 산소/석탄비율에서 나타남을 알 수 있었다. 또한 산소/석탄비율 변화분석에서는 증기/석탄 공급비율 0.2에서 산소/석탄 공급비율이 0.77인 경우에 가장 최적의 운전조건임을 알 수 있었다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제19권3호
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• pp.44-51
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• 2014

Considering the importance of the detailed resolution of the reacting flow field inside a gasifier, the objective of this study lies on to investigate the effect of important variables to influence on the reacting flow and thereby to clarify the physical feature occurring inside the gasifier using a comprehensive gasifier computer program. Thus, in this study the gasification process of a 1.0 ton/day gasifier are numerically modeled using the Fluent code. And parametric investigation has been made in terms of swirl intensity and aspect ratio of the gasifier. Doing this, special attention is given on the detailed change of the reacting flow field inside a gasifier especially with the change of this kind of design and operation parameters. Based on this study, a number of useful conclusions can be drawn in the view of flow pattern inside gasifier together with the consequence of the gasification process caused by the change of the flow pattern. Especially, swirl effect gives rise to a feature of a central delayed recirculation zone, which is different from the typical strong central recirculation appeared near the inlet nozzle. The delayed feature of central recirculation appearance could be explained by the increased axial momentum due to the substantial amount of the presence of the coal slurry occupying over the entire gasifier in gasification process. Further, the changes of flow pattern are explained in detail with the gasifier aspect ratio. In general, the results obtained are physically acceptable in parametric study.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제21권5호
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• pp.460-469
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• 2010

To develop coal gasfication system, many studies have been actively conducted to describe the simulation of steady state. Now, it is necessary to study the gasification system not only in steady state but also in dynamic state to elucidate abnormal condition such as start-up, shut-down, disturbance, and develop control logic. In this study, a model was proposed with process simulation in dynamic state being conducted using a chemical process simulation tool, where a heat and mass transfer model in the gasifier is incorporated, The proposed model was verified by comparison of the results of the simulation with those available from NETL (National Energy Technology Laboratory) report under steady state condition. The simulation results were that the coal gas efficiency was 80.7%, gas thermal efficiency was 95.4%, which indicated the error was under 1 %. Also, the compositions of syngas were similar to those of the NETL report. Controlled variables of the proposed model was verified by increasing oxygen flow rate to gasifier in order to validate the dynamic state of the system. As a result, trends of major process variables were resonable when oxygen flow rate increased by 5% from the steady state value. Coal flow rate to gasifier and quench gas flow rate were increased, and flow rate of liquid slag was also increased. The proposed model in this study is able to be used for the prediction of gasification of various coals and dynamic analysis of coal gasification.

• 대한기계학회논문집B
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• 제33권12호
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• pp.1000-1006
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• 2009

Integrated Coal Gasification Combined Cycle (IGCC) power plants have been developed to reduce carbon dioxide emissions and to increase the efficiency of electricity generation. A devolatilization process of entrained coal gasification is predicted by CPD model which could describe the devolatilization behavior of rapidly heated coal based on the chemical structure of the coal. This paper is intended to compare the mass release behavior of char, tar and gas(CO, $CO_2,\;H_2O,\;CH_4$) for three different coals. The influence of coal structure on gas evolution is examined over the pressure range of 10${\sim}$30atm.