An, Ke-Ju;Lee, Byoung-Hwa;Kim, Sang-In;Kim, Man-Cheol;Kim, Seung-Mo;Jeon, Chung-Hwan
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.4
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pp.405-413
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2013
The char oxidation characteristics of high ash coal were experimentally investigated at several temperatures (from 900 to $1300^{\circ}C$) for 4 types of coals (Gunvor, Glencore, Noble, and ECM) under atmospheric pressure in a drop tube furnace (DTF). The char reaction rate was calculated from the exhaust gas concentrations (CO and $CO_2$) using FT-IR, and the particle temperature was measured using the two-color method. In addition, the activation energy and pre-exponential factor for high ash coal char were calculated based on the Arrhenius equation. The results show that as the ash content increases, the particle temperature and area reactivity decreases. This is because in high ash coal, the large heat capacity of the ash, ash vaporization, and relatively low fixed carbon content of ash suppress combustibility during char oxidation. As a result, the higher ash content of coal leads to high activation energy.
Kim, Sang-In;Lee, Byoung-Hwa;Lim, Ho;Yu, Da-Yeon;Lee, Si-Hyun;Jeon, Chung-Hwan
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.36
no.7
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pp.675-681
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2012
The char oxidation characteristics of ashless coal with a relatively low ash content and high heating value were experimentally investigated at several temperatures (from $900^{\circ}C$ to $1300^{\circ}C$), in various oxygen concentrations (from 10% to 30%) under atmospheric pressure in a drop tube furnace. The char reaction rate was calculated from the exhaust gas concentrations (CO, $CO_2$) measured by FT-IR, and the particle temperature was measured by the two-color method. In addition, the activation energy and pre-exponential factor of ashless coal char were also calculated based on the Arrhenius equation. The results show that higher temperature and oxygen concentration result in a higher reaction rate of ashless coal, and the activation energy of ashless coal char is similar to that of bituminous coal.
It is strongly desired for coal-fired power plants to utilize not only low-rank coals with high moisture contents, but also lowering cost with diversifying fuel sources. In this study, combustion characteristics of low rank coal with high moisture, and standard pulverized coals are experimentally investigated using TGA (Thermogravimetric Analysis) and DTF (drop tube furnace). The coals tested are three kinds of coal with moisture content ranging from 8.32 to 26.82%. The results show that under the air combustion condition, the burn-out time at TGA rises as moisture content increases, and standard pulverized coal with 8.32% moisture content showed the lowest activation energy of 55.73 kJ/mol. In case of the high amount of moisture, the combustion efficiency decreases due to evaporation heat loss, and unburned carbon in ash produced at combustion process in DTF increased. Aslo, initial deformation temperature of slag attached in alumina tube of DTF decreased with lowering the crytallinity of anorthite and augite. To improve the combustion reactivity and efficiency, it is effective to upgrade through drying the high moisture coal to moisture level (less than 10%) of standard pulverized coal.
JANG, JIHOON;HAN, KARAM;YU, GEUN SIL;LIM, HYEON SOO;LEE, WOOK RYUN;PARK, HO YOUNG
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.30
no.3
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pp.260-268
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2019
The pyrolysis characteristics of pulverized coal particle was numerically analyzed with the drop tube furnace. Based on the simulated gas flow field in the drop tube furnace, the particle velocity, temperature and volatile evolution were calculated with the fourth order Runge-Kutta method. The effects of changes in reactor wall temperature and particle diameter on the pyrolysis behavior of coal particle were investigated. The particle heating rate was very sensitive to the reactor wall temperature and particle size, that is, the higher wall temperature and the smaller particle size resulted in the higher heating rate and the consequent quicker volatile evolution.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.33
no.6
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pp.420-425
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2011
In general, the decomposition of $CaSO_4$ formed by sulfation reaction in the in-furnace desulfurization process using limestone has strong effect on the desulfurization reaction under the oxy-fuel combustion condition. In this study, the conversion rates were measured and reaction rates were calculated in order to investigate the effects of the experimental variables such as temperature and the concentrations of $CO_2$, $O_2$, $SO_2$, on the $CaSO_4$ decomposition reaction using DTF (Drop Tube Furnace) in the desulfurization reaction. The conversion rate and the reaction rate of $CaSO_4$ decomposition reaction were increased with reaction temperature. $CO_2$ concentration has little effect on $CaSO_4$ decomposition reaction in the presence of $O_2$. Under the same experimental conditions, the decomposition rate of $CaSO_4$ was enhanced with the decreasing the $O_2$ concentration, but vice versa with the increasing of $SO_2$ concentration.
This study investigates the gasification of coal char by $CO_2$ under high pressures in a drop tube furnace(DTF). The rate constants are derived for the shrinking core model using the conventional method based on the set reactor conditions. The computational fluid dynamic(CFD) simulations adopting the rate constants revealed that the carbon conversion was much slower than the experimental results, especially under high temperature and high partial pressure of reactants. Three reasons were identified for the discrepancy: i) shorter reaction time because of the entry region for heating, ii) lower particle temperature by the endothermic reaction, and iii) lower partial pressure of $CO_2$ by its consumption. Therefore, the rate constants were corrected based on the actual reaction conditions of the char. The CFD results updated using the corrected rate constants well matched with the measured values. Such correction of reaction conditions in a DTF is essential in deriving rate constants for any char conversion models by $H_2O$ and $O_2$ as well as $CO_2$.
In order to evaluate the devolatilization models of pulverized coal, various devolatilization models are examined for the numerical analysis of Drop Tube Furnace.The results of analysis are compared with the experimental results. A numerical study was conducted to explore the sensitivities of the predictions to variation of the model parameters. It helps to elucidate the source of the discrepancies. Three different wall temperature conditions of the DTF, 1100, 1300 and $1500^{\circ}C$ were considered in this analysis. Two fuels are U.S.A. Alaska coal and Australia Drayton coal. The results of analysis with constant rate model, single kinetic rate model and two competing rate modes well presented fast volatile matter release in the early devolatilization. However, in the latter devolatilization they did not coincide with experimental results which presented tardy volatile matter release on account of pyrolysis of high molecular substance. On the other hand, the results of analysis with DAEM(Distribute Activation Energy Model) coincided with experiment al results in overall devolatilization.
Kim, Jae-Kwan;Lee, Hyun-Dong;Jang, Seok-Won;Kim, Sung-Chul
Journal of the Korean Society of Combustion
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v.14
no.2
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pp.1-9
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2009
New way to effectively capture $CO_2$ in coal fired power plant is the combustion of coal using oxy-fuel technology. Combustion characteristics of Minco sub-bituminous coal at oxy-fuel conditions using TGA and drop tube furnace (DTF) were included activation energy about the char burnout, volatile yield and combustion efficiency of raw coal, the porosity of pyrolyzed char and fusion temperature of by-product ash. TGA result shows that the effect of $CO_2$ on combustion kinetics reduces activation energy by approximately 7 kJ/mol at air oxygen level(21% $O_2$) and decreases the burning time by approximately 16%. The results from DTF indicated similar combustion efficiency under $O_2/CO_2$ and $O_2/N_2$ atmospheres for equivalent $O_2$ concentration whereas high combustion efficiency under $O_2/N_2$ than $O_2/CO_2$ was obtained for high temperature of more than $1,100^{\circ}C$. Overall coal burning rate under $O_2/CO_2$ is decreased due to the lower rate of oxygen diffusion into coal surface through the $CO_2$ rich boundary layer. By-product ash produced under $O_2/CO_2$ and $O_2/N_2$ was similar IDT in irrelevant to $O_2$ concentration and atmospheres gas during the coal combustion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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