• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2013년도 제46회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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• pp.91-94
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• 2013

Commercial computational fluid dynamics (CFD) codes traditionally rely on the computational efficiency of the simplified single-film apparent char kinetic model to predict char particle temperatures and char conversion rates in pulverized coal boilers. The aim of this study is to evaluate the reliability of the single-film apparent kinetic model and to suggest the importance of proper use of this model. For this, a parametric study was conducted with a consideration of main parameters such as Stefan flow, product species, particle evolution, and kinetic parameters.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 1995년도 추계학술발표회 초록집
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• pp.50-55
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• 1995

향상되어진 93-PCGC-2는 기존의 PCGC-2와 같이 미분탄 연소를 포함하는 다양한 반응성흐름과 비반응성 흐름을 설명하기 위해 2차원 정상상태 모델로 제시되어 졌다. 93-PCGC-2는 실린더형의 축 대칭계에 응용되어질 수 있고, 난류(Turbulence)는 유체역학식과 연소기구 양쪽을 위해 고려되어졌으며, 불연속 세로좌표 방법(Discrete Ordinates Method)을 이용하여 기체, 벽 및 입자들로부터의 복사열(Radiation)을 모사하였다. 입자상은 입자 무리들의 평균 경로들을 따라 해석하는 Lagrangian계의 해석법으로 모델화되어졌다. 석탄의 팽윤(Swelling)과 촤의 반응성에 관한 부모델과 더불어 새롭게 일반화된 석탄 탈휘발화 부모델 (FG-DVC)도 첨가되어졌다. 비균일 반응기구는 확산과 화학반응 둘 모두를 고려하였다. 주요 기상반응은 국부 순간 평형을 가정하여 모델화하였다. 그래서 반응속도는 혼합의 난류속도에 의해 제한되어진다. Thermal NOx과 Fuel NOx의 유한속도 화학론(Finite Rate Chemstry)에 대한 부모델은 화학반응속도론와 난류성의 통계치를 통합하여 만들어져 있다. 기상은 반복적인 line-by-line기교에 의해 풀려지는 elliptic partial differential equation으로 묘사되어진다. 수치적인 안정을 고려하기 위해 under-relaxation이 이용되어졌다. 이렇게 코드화된 93-PCGC-2는 연소를 위해 모사되어졌다. 또한 더 나아가 이 수치모델의 활용범위는 미분탄의 가스화에도 활용되어질 것으로 기대되어진다.

• 자원리싸이클링
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• 제23권6호
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• pp.47-53
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• 2014

런던협약으로 인하여 하수 슬러지 및 유기성 폐기물의 해양투기가 전면 금지되어 이의 효과적인 처리 및 에너지 전환 기술에 대한 요구가 증대되고 있다. 하수 슬러지의 빠른 감량과 에너지화가 가능한 열적 에너지 전환 기술의 적용을 위해서는 하수 슬러지의 열분해 및 연소 특성에 대한 기본적인 kinetics 자료가 필수적이다. 본 연구에서는 열중량 분석기(thermogravimetric analyzer, thermobalance)를 이용하여 하수 슬러지의 열분해 및 연소 kinetics를 도출하였다. 열분해의 경우 총 세 단계의 반응이 일어나 각각에 대하여 subtraction method에 의하여 activation energy와 빈도 인자를 도출하였다. 촤 연소의 경우 반응 kinetics 해석은 기체-고체 화학반응의 세 가지 모델이 이용되었고 shrinking core model이 연소 특성을 가장 잘 나타내어 이 모델을 기준으로 activation energy와 빈도 인자를 도출하고 산소농도 영향을 살펴보았다.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2012년도 제45회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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• pp.67-70
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• 2012

Many computational fluid dynamic (CFD) simulations have treated the coal kinetics poorly due to large physical domain sizes and high computational complexity, particularly for the recent oxy-coal boilers. Furthermore, some modelers' lack of understanding of the kinetic rate model seems to worsen the simulation accuracy. This study is to suggest the importance of proper use of single-film global kinetic model generally used in CFD code to describe the oxy-fuel combustion of coal char through simple char burnout calculation.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제31권1호
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• pp.122-131
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• 2020

To reduce emissions from coal-fired power plants, researchers focusing on coal and biomass co-firing technology. Biomass, with its carbon-neutral nature and lower quantities of nitrogen and sulfur compared with coals, has a positive impact on coal-fired power generation. Many studies on the combustion of biomass have been conducted, but the study on the combustion characteristics of biomass char is limited. FERPM predicts char combustion characteristics with high accuracy by introducing experimental data-based parameters of biomass char and has not yet been applied in numerical simulation. In this study, FERPM is numerically applied to char combustion of wood pellets representing wood-based biomass and the combustion characteristics are compared with the kinetic/diffusion limited model, intrinsic model, and diffusion limited model.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권3호
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• pp.511-515
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• 2012

본 연구에서는 상용모사기를 이용하여 분할유동층 가스화기에서 로토석탄의 가스화 특성 모사를 수행하였다. 분할 유동층 가스화기는 가스화영역에서 일어나는 연소반응과 가스화반응(발열반응과 흡열반응)을 각각 다른 영역에서 일어날 수 있도록 반응기 내부를 분할한 가스화기이다. 분할유동층 가스화기의 주요 개념은 가스화에 요구되는 열을 연소영역에서 생성된 열을 이용하여 공급하는 것으로 가스화기 내부에서의 부분 연소를 억제하고, 격벽을 통한 열전달과 열매체의 이동을 통해 공급하는 것이다. 분할유동층 가스화기 모델은 열분해, 촤 가스화, 타르/오일 가스화, 촤 연소반응으로 4개의 영역을 가지도록 구현하였다. 열분해의 경우, 대상 석탄을 반응온도, 반응가스, 석탄주입량을 변화시켜 실험을 수행하여 실험데이터로부터 correlation 모델을 작성하였다. 가스화는 Gibbs free energy를 최소화하는 모델을 이용하고 촤 연소영역은 combustion 모델을 이용하였다. 분할유동층 가스화기 모사결과를 비교하기 위해 우선 단일영역 가스화기 모사를 수행하였다. 단일영역 가스화기의 경우 석탄열분해 반응기와 석탄가스화 반응기 두 개로 구성되며 반응모델은 분할유동층 가스화기와 일치한다. 분할유동층 가스화기 모사 결과, 냉가스효율은 84.4%로 단일영역 가스화기와 유사한 결과를 얻었으며 합성가스의 조성은 $H_2$와 $CH_4$이 다소 증가하고 CO와 $CO_2$가 다소 감소한 것을 확인하였다. 모델 검증을 위해 10건의 단일영역 가스화 실험에 대하여 모사를 수행하였다. 모사를 통해 얻어진 합성가스의 조성은 CO, $CO_2$, $CH_4$의 경우 실험결과와 모사결과가 거의 일치하는 반면 $H_2$의 경우 모사결과가 실험값과 비교하여 다소 높은 값을 갖는 것을 확인하였으나 경향은 실험값과 유사함을 확인하였다. 탄소전환율의 경우, 모델결과가 실험값과 비교하여 높은 전환율을 보이는 것을 알 수 있으며 이는 모사에 사용된 가스화 모델이 평형반응기로 반응기에서의 체류시간과 접촉시간이 실제 실험과 차이가 있기 때문으로 파악된다.

• 한국연소학회지
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• 제17권2호
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• pp.32-39
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• 2012

In this study, pre-processor code based on structural behavior of coal is applied to predict yields, pyrolysis rate and compositions of volatile and char. These parameters are used in the devolatilization and char burnout sub-models as user-defined functions of commercial CFD code. The predicted characteristics of these sub-models are compared with those employing the conventional model based on experiment and validated against the measurement of a 2.1 MW swirling pulverized coal flame in a semi-industrial scale furnace. And the influence of the turbulence-chemistry interaction on pulverized coal combustion is analyzed.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2012년도 제44회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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• pp.217-219
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• 2012

This study describes 3D RANS simulation of a 2.1 MW swirling pulverized coal flame in a semi-industrial scale furnace. The simulation of pulverized coal combustion involves various models for complex physical processes and needs information of pyrolysis rate, the yields and compositions of volatiles and char especially in coal conversion. The coal conversion information can be acquired by the experiment or the pre-processor code. The empirical model based on the experiment of the IFRF and the structural model based on the pre-processor code of the PC-COAL-LAB were evaluated against the measurement data.

• 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.