• 제목/요약/키워드: Fluidized Beds

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열량기준 50kW급 매체순환식 가스연소기의 개념설계 및 변수해석 (Conceptual Design of 50 kW thermal Chemical-Looping Combustor and Analysis of Variables)

  • 류호정;진경태
    • 에너지공학
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    • 제12권4호
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    • pp.289-301
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    • 2003
  • 매체순환식 가스연소기의 개발을 위해 산화반응기와 환원반응기가 연계된 2탑 가압순환유동층 조건의 50kWth 매체순환식 가스연소기에 대해 물질수지와 에너지수지를 통한 개념설계를 수행하였다. 매체순환식 가스연소기의 물질수지를 통해 산화반응기는 상승관 형태의 고속유동층 조건으로, 환원반응기는 기포유동층 조건으로 반응기 형태를 결정하였다. 물질수지와 에너지수지에 의해 계산된 층내 고체량, 고체순환량 및 반응기 크기는 장치제작 및 실제조업에 적당한 범위의 값을 나타내었으며 산소공여입자의 반응속도는 만족할 만한 수준에 도달하는 것으로 확인되었다. 본 연구의 개념설계 결과에 의하면 매체순환식 가스연소기의 조업조건은 상용 순환유동층의 조업조건과 유사하였으며 실제공정에 적용하기에 무리가 없는 것으로 사료되었다. 본 연구에서 개발된 설계 tool을 이용하여 시스템의 용량, 조업압력, 산소공여입자 중의금속산화물의 함량, 수증기 주입량, 기체유속 및 고체층 높이 등의 변화에 따른 설계 값의 변화를 해석하였으며 이를 통해 조업조건 변화에 따른 시스템의 성능변화를 예측할 수 있었다.

기체-고체 유동층에서 Chaos 파라메타에 의한 흐름영역의 해석 (Analysis of Flow Regimes by Using Chaos Parameters in Gas-Solid Fluidized Beds)

  • 송평섭;최왕규;정종헌;오원진;강석환;손성모;강용
    • 공업화학
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    • 제17권1호
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    • pp.93-99
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    • 2006
  • 기체-고체 유동층 시스템에서 유동화 흐름영역을 결정할 수 있는 방법들에 대하여 고찰하였다. 기체-고체 시스템의 흐름영역 해석을 위한 상태변수로 상승관내에서의 압력요동을 측정하여 유동화 흐름영역을 해석하였으며, 차압변환기로부터 얻은 압력요동의 자료를 기존의 방법인 평균 및 표준편차를 사용하여 해석하였을 뿐만 아니라, 상관차원이나 Kolmogorov 엔트로피와 같은 chaos 해석 방법을 이용하여 기체-액체 유동층에서 흐름영역을 고찰하였다. 그 결과, 기체-고체 유동층에서 유동화 영역은 평균과 표준편차와 같은 통계적 방법에 의해 결정할 수 있었을 뿐만 아니라, 상관차원과 Kolmogorov 엔트로피와 같은 Chaos 해석방법으로도 유동화영역을 구별할 수 있는 특성으로 사용할 수 있었다.

상호 연결된 유동층 매체 순환식 연소로의 수력학적 특성 (Hydrodynamic Properties of Interconnected Fluidized Bed Chemical-Looping Combustors)

  • 손성열;고강석;김상돈
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제48권2호
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    • pp.185-192
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    • 2010
  • 매체 순환식 연소는 연소 공정 자체에서 질소 산화물 생성이나 부가적인 에너지 소비 없이 이산화탄소 분리가 이루어지는 신공정이다. 이 공정은 금속 산화물 입자가 두 개의 반응기를 순환하며 산화와 환원을 거치는 과정으로 구성되어 있다. 이 연구에서는 bentonite에 담지된 산화철 산소 공여 입자의 반응 속도 식을 shrinking core 모델을 통하여 수립하였다. 반응성 결과를 바탕으로 반응기 설계 기준인 고체 순환량과 입자 충전량을 도출하였다. 매체 순환식 연소 공정의 적용을 위하여 두 가지 형태의 연결된 유동층 즉, 상승관과 기포 유동층이 각각 한 개씩인 형태, 상승관 한 개와 기포 유동층이 두 개로 구성된 형태로 시스템을 설계하였다. 고체 순환량은 loop-seal을 통하여 $30kg/m^2s$ 정도까지 변화시켰다. 고체 순환량은 loop-seal의 기체 주입량이 증가할수록 증가하였으며 보조 기체를 주입하면 그 양이 더 증대되었다. 고체 순환량이 증가함에 따라 상승관 내부의 고체량은 증가하였다. 상승관으로부터 다른 반응기로의 기체 누출량은 1% 미만의 수준이었다.

CPFD 시뮬레이션을 통한 Shroud 노즐 및 수직 구조물이 설치된 기포 유동층 반응기 내에서의 기포 흐름 해석 (CPFD Simulation of Bubble Flow in a Bubbling Fluidized Bed with Shroud Nozzle Distributor and Vertical Internal)

  • 임종훈;배건;신재호;이동호;한주희;이동현
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제54권5호
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    • pp.678-686
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    • 2016
  • 본 연구에서는 내경 0.3 m, 높이 2.4 m인 기-고 유동층 반응기 내에서 수직 방향의 내부 구조물과 shroud 노즐 분산판이 기포 흐름에 미치는 영향을 CPFD (Computational Particle-Fluid Dynamics)를 이용하여 모델링을 수행하였다. 층 물질로는 Metal-grade 실리콘 입자(MG-Si)가 사용되었으며 $d_p=149{\mu}m$, ${\rho}_p=2,325kg/m^3$, $U_{mf}=0.02m/s$이다. 전체 층물질의 양은 75 kg이며 정적층(static bed) 높이는 0.8 m이다. 수직 내부 구조물이 기포 상승속도에 미치는 영향을 파악하였다. 내부 구조물이 분산판으로부터 0.45 m 높이에 설치되었을 때 기포의 분쇄가 일어났다. 유동층의 압력강하 및 수직 고체체류량 분포는 내부 구조물의 영향을 크게 받지 않는 것으로 나타났다. 하지만 내부 구조물이 제트에 너무 가까운 경우 기포가 분쇄되지 않고 내부 구조물을 우회하여 상승하였으며 내부 구조물이 없는 경우나 0.45 m 높이에 설치된 경우에 비해 더 빠른 속도로 상승하였다.

금속매체 순환식 수소생산 시스템의 성능예측 및 공정선정 (Performance Estimation and Process Selection for Chemical-Looping Hydrogen Generation System)

  • 류호정;진경태
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제16권3호
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    • pp.209-218
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    • 2005
  • To find a suitable metal component in oxygen carrier particles for chemical-looping hydrogen generation system(CLH), oxygen transfer capacities of metal components were compared and Ni has been selected as the best metal component. The proper operating conditions to achieve high hydrogen generation rate have been investigated based on the chemical-equilibrium composition analysis for water splitting reactor. Moreover, suitable compositions of syngas from gasifier of heavy residue to achieve high energy efficiency have been investigated by calculation of heat of reaction. Based on the selected operating conditions, the best configuration of two interconnected fluidized beds system for the chemical-looping hydrogen generator has been investigated as well.

회수증진 수성가스화 시스템의 공정구성 및 조업조건 선정 (Selection of Process Configuration and Operating Conditions for SEWGS System)

  • 류호정
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제20권2호
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    • pp.168-178
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    • 2009
  • To check feasibility of SEWGS(Sorption Enhanced Water Gas Shift) system, conceptual design and sensitivity analysis of operating variables have been investigated based on a design program of two-interconnected fluidized bed. Based on the conceptual design results, the optimum configuration for SEWGS was considered. Among three configurations, bubbling beds system was selected as the best configuration. Process design results indicate that the SEWGS system is compact and feasible. Based on the selected operating conditions, the effects of variables such as pressure, $CO_2$ capture capacity, solid inventory, CO conversion and $CO_2$ capture efficiency have been investigated as well.

유동층(流動層)의 온도변화(溫度變化)에 따른 유동특성(流動特性)에 관한 실험적(實驗的) 연구(硏究) (An Experimental Study for Fluidized Bed Behaviour with Temperature Change.)

  • 백고길;서정윤
    • 태양에너지
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    • 제6권1호
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    • pp.3-11
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    • 1986
  • Minimum fludizing velocities and voidages were investigated for closely sized sand and magnesia particles with mean diameters in the range of $297-841\;{\mu}m$ over the temperature between 15 and $1.000^{\circ}C$. Boundaries between changing behaviour at $Re_{mf}=14$ and Ar=17,000 were observed. In beds of fine particles in Geldart's group "B", the minimum fluidizing velocity ($U_{mf}$) decreased as temperature increased, but not as much as expected on account of the gas viscosity increase, furthermore the increase in the minimum fluidizing voidage (${\in}_{mf}$). With larger particles in group "D", $U_{mf}$ increased, first, with temperature increase because of reduced gas density, and depending on the particle size, $U_{mf}$ reduced as flow conditions moved from turbulent to laminar. Among the correlations predicting $U_{mf}$, Ergun equation agreed best with the experimental data providing that the change in ${\in}_{mf}$ according to temperature is allowed for.

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Origin of limestone conglomerates in the Choson Supergroup(Cambro-Ordovician), mid-east Korea

  • Kwon Y.K.;Chough S.K.;Choi D.K.;Lee D.J.
    • 한국석유지질학회:학술대회논문집
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    • 한국석유지질학회 2001년도 제8차 학술발표회 발표논문집
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    • pp.63-65
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    • 2001
  • The Chosen Supergroup (Cambro-Ordovician), mid-east Korea consists mainly of shallow marine carbonates and contains a variety of limestone conglomerates. These conglomerates largely comprise oligomictic, rounded lime-mudstone clasts of various size and shape (equant, oval, discoidal, tabular, and irregular) and dolomitic shale matrices. Most clasts are characterized by jigsaw-fit (mosaic), disorganized, or edgewise fabric and autoclastic lithology. Each conglomerate layer is commonly interbedded with limestone-dolomitic shale couplets and occasionally underlain by fractured limestone layer, capped by calcareous shale. According to composition, characteristic sedimentary structures, and fabric, limestone conglomerates in the Hwajol, Tumugol, Makkol, and Mungok formations of Chosen Supergroup can be classified into 4 types: (1) disorganized polymictic conglomerate (Cd), (2) horizontally stratified polymictic conglomerate (Cs), (3) mosaic conglomerate (Cm), and (4) disorganized/edgewise oligomictic conglomerate (Cd/e). These conglomerates are either depositional (Cd and Cs) or diagenetic (Cm and Cd/e) in origin. Depositional conglomerates are interpreted as storm deposits, tidal channel fills, or transgressive lag deposits. On the other hand, diagenetic conglomerates are not deposited by normal sedimentary processes, but formed by post-depositional diagenetic processes. Diagenetic conglomerates in the Chosen Supergroup are characterized by autoclastic and oligomictic lithology of lime-mudstone clasts, jigsaw-fit (mosaic) fabric, edgewise fabric, and a gradual transition from the underlying bed (Table 1). Autoclastic and oligomictic lithologies may be indicative of subsurface brecciation (fragmentation). Consolidation of lime-mudstone clasts pre-requisite for brecciation may result from dissolution and reprecipitation of CaCO3 by degradation of organic matter during burial. Jigsaw-fit fabric has been considered as evidence for in situ fragmentation. The edgewise fabric is most likely formed by expulsion of pore fluid during compaction. The lower boundary of intraformational conglomerates of depositional origin is commonly sharp and erosional. In contrast, diagenetic conglomerate layers mostly show a gradual transition from the underlying unit, which is indicative of progressive fragmentation upward (Fig. 1). The underlying fractured limestone layer also shows evidence for in situ fragmentation such as jigsaw-fit fabric and the same lithology as the overlying conglomerate layer (Fig, 1). Evidence from the conglomerate beds in the Chosen Supergroup suggests that diagenetic conglomerates are formed by in situ subsurface fragmentation of limestone layers and rounding of the fragments. In situ subsurface fragmentation may be primarily due to compaction, dewatering (upward-moving pore fluids), and dissolution, accompanying volume reduction. This process commonly occurs under the conditions of (1) alternating layers of carbonate-rich and carbonate-poor sediments and (B) early differential cementation of carbonate-rich layers. Differential cementation commonly takes place between alternating beds of carbonate-rich and clay-rich layers, because high carbonate content promotes cementation, whereas clay inhibits cementation. After deposition of alternating beds and differential cementation, with progressive burial, upward-moving pore fluid may raise pore-pressure in the upper part of limestone layers, due to commonly overlying impermeable shale layers (or beds). The high pore-pressure may reinforce propagation of fragmentation and cause upward-expulsion of pore fluid which probably produces edgewise fabric of tabular clasts. The fluidized flow then extends laterally, causing reorientation and further rounding of clasts. This process is analogous to that of autobrecciation, which can be analogously termed autoconglomeration. This is a fragmentation and rounding process whereby earlier semiconsolidated portions of limestone are incorporated into still fluid portions. The rounding may be due mainly to immiscibility and surface tension of lime-mud. The progressive rounding of the fragmented clasts probably results from grain attrition by fluidized flow. A synthetic study of limestone conglomerate beds in the Chosen Supergroup suggests that very small percent of the conglomerate layers are of depositional origin, whereas the rest, more than $80\%$, are of diagenetic origin. The common occurrence of diagenetic conglomerates warrants further study on limestone conglomerates elsewhere in the world.

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주물사 재생 유동층내 폐열회수 증진에 관한 실험적 연구 (An Experimental Study on the Promotion of the Waste-Heat Recovery in the Fluidized Beds used in Reclamation of Foundry Sand)

  • 백고길;박종순;이은표;최승일;최국광;전성택
    • 태양에너지
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    • 제18권2호
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    • pp.145-152
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    • 1998
  • 본 연구는 furan 주물사의 재생시 냉각효율을 크게 높이며 폐열의 회수를 증진하는 데 활용할 수 있는 자료들을 얻기 위하여, 재생된 Furan foundry sand를 유동입자로 사용한 유동층에서 평활관(smooth tube), 나선관(spiral tube) 및 핀관(finned tube)을 수평으로 설치하여, 유동층 내 온도를 $50{\sim}200^{\circ}C$로 유지하면서 전열 관에 대한 열 전달계수를 실험적으로 구하였다. 유동층의 내경은 210mm이고, 전열관의 외경은 모두 12.7mm인 동관을 각각 사용하였다. 본 실험은 관내 냉각수의 Reynolds수 $4,000{\sim}18,000$범위이고, 유동층내 유동입자 Reynolds수 $0.8{\sim}7.5$의 범위에서 수행하여 다음과 같은 결과들을 얻었다. 1. 유동층내 온도가 높으면 모든 전열관에서 열 전달계수는 커진다. 2. 최대 열 전달계수는 평활관에서는 $Re_p$$3.5{\sim}5.5$, 나선관에서는 $Re_p$$4.4{\sim}5.2$, 핀관에서는 $Re_p$$3.5{\sim}4.8$의 범위에서 각각 얻을 수 있다. 3. 유동층내의 온도에 따라 약간 다르지만 평활관, 나선관 및 핀관에서의 최대 Nu수들은 각각 대략 1:1.5:3.0의 비를 얻는다.

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다단 환원형 유동층에서 J-valve의 운전변수에 따른 고체 흐름량 및 기체 우회 (Solid Flow Rate and Gas Bypassing with Operating Variables of J-valve in Multistage Annular Type Fluidized Beds)

  • 흥윤석;강경수;박주식;이동현
    • 청정기술
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    • 제17권1호
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    • pp.62-68
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    • 2011
  • 다단 환원형 유동층 반응기(상승관: $0.01{\times}0.025{\times}2.8m^3$, J-valve: $0.009{\times}0.015m^2$)에서의 수력학적 특성을 연구하였다. 층물질로는 glass beads($d_p=101{\mu}m$, ${\rho}_b=1,590kg/m^3$, $U_{mf}=1.25{\times}10^{-2}m/s$, Galdart B)를 사용하였다. Batch 상태에서 고체흐름량을 측정하기 위하여 전자저울을 사용하여 누적된 무게로 계산하였다. 연속공정에서는 고체순환량를 측정하기 위하여 고체가 순환상태에서 사이클론 하단의 3-way 밸브를 이용하여 일정시간에 누적된 무게로 계산하였다. 또한 정상상태에서 가열된 입자가 열전대를 통과하는 시간을 측정하여 고체순환량을 계산하였다. 고체의 흐름량은 주입 기체의 유속($1.2{\sim}2.6U_{mf}$)과 층높이(z, 0.24~0.68 m)가 증가함에 따라 2.2 에서 23.4 kg/s로 증가하였다. 이때 고체체류시간은 440에서 1,438 s까지 변화하였다. 상승관내의 고체 체류량을 확인하기 위하여 각 구간에서의 압력강하를 측정하여 고체 체류량을 계산하였다. 본 연구에서 얻어진 고체체류량 분포는 end effect를 갖는 exponential decay model 의 형태로 나타났다. 상단 유동층에서 중단 유동층으로의 기체 우회을 확인하기 위하여 상단 유동층으로 주입되는 공기에 일정 조성의 $CO_2$ 추적기체를 주입한 후, 기체분석기를 이용하여 중단 유동층의 배출기체중 $CO_2$가 우회되는 양을 측정하였다. 측정된 기체우회(gas bypassing)양은 2.6% 미만으로 그 영향이 크지 않는 것으로 판단하였다.