• 대한기계학회논문집B
• /
• 제23권8호
• /
• pp.1022-1030
• /
• 1999

A numerical study was carried out to analyze the effect of flow distribution of stirred part and plug flow part on combustion efficiency at the coal gasification process in an entrained bed coal reactor. The model of computation was based on gas phase eulerian balance equations of mass and momentum. The solid phase was described by lagrangian equations of motion. The $k-{\varepsilon}$ model was used to calculate the turbulence flow and eddy dissipation model was used to describe the gas phase reaction rate. The radiation was solved using a Monte-Carlo method. One-step parallel two reaction model was employed for the devolatilization process of a high volatile bituminous Kideco coal. The computations agreed well with the experiments, but the flame front was closer to the burner than the measured one. The flow distribution of a stirred part and a plug flow part in a reactor was a function of the magnitude of recirculation zone resulted from the swirl. The combustion efficiency was enhanced with decreasing stirred part and the maximum value was found around S=1.2, having the minimum stirred part. The combustion efficiency resulted from not only the flow distribution but also the particle residence time through the hot reaction zone of the stirred part, in particular for the weak swirl without IRZ(internal recirculation zone) and the long lifted flame.

• 한국연소학회지
• /
• 제17권1호
• /
• pp.1-11
• /
• 2012

A slag building simplified model was developed to determine wall heat flux of a Shell 300 MW coal gasifier. In the model 4 layers(particulate, sintered, molten slag, solidified slag) were considered and mass conservation and energy balance were used to obtain each slag layer's thickness and surface temperature. Thermo-chemical and fluid charateristics of the gasifier were studied with and without considering the slag model using commercial CFD code FLUENT. Consideration of the slag layer did not affect syn-gas mole fractions. However, the slag layer caused to increase the exit gas temperature by about 50 K.

• 공업화학
• /
• 제22권5호
• /
• pp.566-574
• /
• 2011

석탄가스화기는 석탄가스화복합발전과 석탄간접액화 공정에서 고효율을 얻기 위한 중요한 설비 중 하나이다. 현재 여러 종류의 석탄가스화기가 성공적으로 사용되고 있지만, 간단하면서도 신뢰도를 높일 수 있는 다양한 설계 변경이 가능하다. 건식 분류층 가스화기 4종류의 형태를 제시하고 이들을 체류시간, 가스화기 출구 합성가스의 온도, 합성가스 조성을 중점으로 비교하였다. 설계개념이 적정한지를 우선 파악하고자 반응을 배제한(cold-flow) CFD 해석을 먼저 수행하였고, 실제 가스화기 조건을 반영한 화학반응이 고려된(hot-flow) 해석을 수행하여 비교하였다. 가스화기 설계에 CFD를 적용하는 데는 슬랙의 거동과 슬랙탭 설계 등 측면에서 제한적이기는 하지만, 다양한 설계개념 중에서 가능성이 높은 가스화기 형태의 범위를 좁히는 데 매우 유용하게 사용될 수 있다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제21권3호
• /
• pp.227-240
• /
• 2010

Coal gasification is heading for a great future as one of the cleanest energy sources, which can produce not only electricity and heat, but also gaseous and liquid fuels from the synthesis. The work focuses on 300MW shell type one-stage entrained flow coal gasifier which is used in the Integrated coal Gasification Combined Cycle(IGCC) plant as a reactor. As constructing an IGCC plant is considerably complicated and expensive compared with a pulverized-coal power plant, it is important to determine optimum design factors and operating conditions using a computational fluid dynamics (CFD) model. In this study, the results of numerical calculations show that $O_2$/Coal ratio, 0.83, Steam/Coal ratio, 0.05, coal particle diameter, $100{\mu}m$, injection angle, $4^{\circ}$ (clockwise) are the most optimum in this research.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제23권3호
• /
• pp.274-284
• /
• 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
• /
• 제7권1호
• /
• pp.7-16
• /
• 1998

분류층 석탄 가스화기에서 5 종류(Lewis-Stockton, Utah, Illinois #6 등의 역청탄, Usibelli 아역청탄, Beulah-Zap갈탄)의 석탄을 가스화시킬 때 산소/석탄과 수증기/석탄 비의 변화가 반응성 흐름에 미치는 영향을 평가하기 위한 전산모사를 수행하였다. 산소/석탄의 비(kg/kg)를 0.7에서 1.4로, 수증기/석탄의 비(kg/kg)를 0.0에서 0.4로 각각 변화시키면서 생성가스인 CO와 H2의 농도 변화를 계산하였다. 또한 Roto탄을 가스화하였을 때 가스화기 출구에서의 CO와 H2의 실험값과 전산모사 예측값을 서로 비교·분석하여 모사결과의 타당성을 입증하였다. 모사결과 탄종에 관계없이 산소/석탄의 비가 증가함에 따라 CO와 H2의 생성량을 증가한 후 감소하였으며, 수증기/석탄의 비가 증가함에 따라 CO의 생성량은 감소하였으나 수소의 생성량은 어느 정도까지는 증가하였다. 산소/석탄의 비가 1.0∼1.2이고 수증기/석탄의 비가 0.3∼0.4인 범위내에서 냉가스 효율이 높게 예측되었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
• /
• pp.106.1-106.1
• /
• 2010

석탄가스화기술은 매장량이 풍부하여 안정적인 공급이 보장되는 석탄을 이용함과 동시에 환경오염물질 감소라는 사회적 요구조건을 충족시키면서 화학제품, 석탄-가스화, 석탄-디젤화, 연료전지, 복합발전 등 다양한 분야에 응용이 가능한 장점이 있다. 특히 석탄가스화복합기술(Intergrated Coal Gasification Combined Cycle, IGCC)은 석탄을 고온, 고압하에서 가스화시켜 일산화탄소(CO), 수소($H_2$)가 주성분인 합성가스를 제조, 정제 후 가스터빈 및 증기터빈을 복합으로 구동하여 전기를 생산하는 친환경 차세대 발전기술로 주목을 받고 있다. 현재 IGCC 기술은 세계적으로 볼 때 상용화단계에 있고, 우리나라의 경우 한국형 IGCC 기술의 확보를 위한 연구사업이 진행중에 있다. 본 연구는 IGCC 발전플랜트의 발전효율을 결정하는 가장 중요한 부분이라 할 수 있는 가스화반응기의 모델링 기술을 개발하는 목적으로 진행되었다. 본 연구에서는 석탄가스화 반응기에서 발생하는 석탄의 휘발화와 Char의 표면반응 그리고 기상에서의 가스화반응등의 현상을 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics)을 이용하여 모델링하는 방법론이 연구되었다. 해석을 위한 형상은 해석에 소요되는 시간을 줄이고, 형상이 해석결과에 미치는 영향을 줄이고자 2차원으로 구성하였다. 해석을 위한 수학적모델으로는 난류모델, 가스화반응모델, Lagrangian particle tracking, Char reaction 등을 포함하였고, 해석을 위한 Solver는 Fluent를 이용하였다. 모델링결과에 의해 예측되는 합성가스의 조성을 상용급 IGCC 가스화기의 운전결과와 비교해 본 결과 본 연구에서 설정한 모델로 예측되는 온도 및 가스농도가 실험치와 유사하게 나타남을 알 수 있었고 이를 통하여 본 연구에서 설정한 모델링방법이 적절함을 알 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제58권4호
• /
• pp.642-650
• /
• 2020

순환유동층 보일러에서 유동 입자들의 순환 경로는 연소로에서 비산된 입자들이 사이클론에서 포집되어 비기계적 밸브인 실포트(Sealpot)를 거쳐 연소로로 재순환하는 일반적인 경로를 갖는다. 그러나, 유동 입자들로부터 열을 추가적으로 흡수하기 위해 유동층 외부열교환기(FBHE; Fluidized Bed Heat Exchanger)가 설치된 경우, 실포트의 일부 입자들은 FBHE를 거쳐 연소로로 재순환하는 경로를 갖게 된다. 이때 기포유동층 영역으로 운전되는 FBHE는 실포트로부터 유입되는 고온(800~950 ℃)의 입자들의 유동 특성에 따라 열교환 튜브의 국부적 가열로 인한 손상 및 hot spot에 의한 입자들의 고온 뭉침(agglomeration)이 발생할 수 있어 순환유동층의 안정적 조업에 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 국내 D 순환유동층 보일러의 FBHE에 대한 운전자료 분석 및 바라쿠다를 통한 CPFD(Computational Particle Fluid Dynamics) 해석을 통해 구조적 문제로부터 발생하는 열흐름의 불균일성을 밝혀내었다. 실제 D 순환유동층의 FBHE 열교환 튜브 온도는 실포트의 고체온도 변화와 가장 밀접한 상관관계를 나타내었으며, FBHE 내의 열흐름의 불균일성은 FBHE의 조업 유속의 증가(0.3→0.7 m/s)로는 그 불균일성을 해소하기 어려운 것으로 나타났다. 그러나, FBHE로 유입되는 고온 입자들에 대한 사전 혼합 영역(Premixing Zone)이 설치된 경우와, 연소로로 재순환되는 입자 배출 라인의 대칭화를 통한 구조변경 시, 입자 혼합의 증대와 더불어 열흐름의 불균일성은 상당 부분 감소하는 것으로 고찰되었다. 이에, FBHE의 구조 최적화가 열교환 성능 및 운전 안정성을 확보하는 대안임을 제시하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제43권2호
• /
• pp.286-293
• /
• 2005

기체 수송층 흡수탑과 기포 유동층 재생탑으로 구성된 $CO_2$ 회수 공정에 대한 해석의 첫 단계로 이 공정에서 고체 순환특성을 해석하였다. 흡수제 고체 입자에 대한 입도별 물질수지를 해석하여 공정의 흐름에서 고체 흐름량과 입도 분포를 결정하였다. 실험실 규모 공정(흡수탑: 직경 25 mm, 높이 6 m; 재생탑: 직경 0.1 m, 높이 1.2 m)에서 고체순환특성을 모사하였다. 흡수탑의 입도분포는 재생탑의 입도분포와 거의 같았다. 흡수탑에서 유속과 정체층 높이가 증가함에 따라서 고체순환량과 새 흡수제 주입량은 증가하였다. 반면에 흡수탑 내 입자의 평균입경은 감소하였다. 흡수탑사이클론의 절단입도가 증가함에 따라서 고체순환속도는 감소하였으며, 새 흡수제 주입속도와 흡수탑 내 입자의 평균 입경은 증가하였다. 흡수제 입자의 마모계수가 증가함에 따라서 고체순환속도는 증가하고, 새 흡수제 주입속도는 증가하며, 흡수탑 내 입자의 평균입경은 감소하였다.

• 한국해양학회지
• /
• 제22권1호
• /
• pp.25-33
• /
• 1987

河口와 인접한 內 에서 海流에 의한 微細粒 堆積物質의 輸送, 擴散現象을 數値的으로 分析하였다. 사용된 모델은 水理實驗과 現場觀測의 최근 硏究結果를 근거로 開發되었으며 堆積物의 浮上, 堆積, 輸送過程을 보다 실제 상황에 근접하도 록 數値, 計算하였다. 江의 흐름과 潮汐에 의한 海水流動, 이에 따른 沿岸海域에서의 浮遊物質 濃度, 海底寢食 그리고 堆積分布에 대한 時間別 變化를 計算하였다. 初期 에는 浮上된 堆積物에 의해 浮遊物質의 濃度가 크게 增加되었으나, 時間이 경과됨 에 따라 外海로 輸送되어 江河口에서는 濃度가 크게 줄어들었다. 河口隣接 內 의 海底 堆積物의 寢食과 堆積狀態는 內 의 地形的 條件에 따른 海流의 流速分布와 堆積物 特性에 의해 주로 決定됨을 나타내었다.