• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권6호
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• pp.1034-1042
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• 2012

본 연구에서는 다양한 석탄 연구에 적용되고 있는 층류 반응기(LFR)를 이용하여 열분해와 연소 분위기에서 탄종에 따른 화염형상을 분석하였고, 휘발분 함량이 다른 두 석탄의 타르와 수트의 발생률을 구하였으며 이를 촤 입자의 표면적 및 표면 형상 변화와 함께 비교하였다. 본 연구에서 사용된 층류 반응기는 화염형상을 가시적으로 분석하기에 뛰어나므로 석탄이 반응할 때 생성되는 수트 클라우드를 측정하여 그 형상 변화를 근거로 탈휘발의 종료 지점을 가정하였다. 휘발분 함량이 많은 Berau 탄은 Glencore A.P. 탄보다 수트 클라우드의 폭과 길이가 증가하였고, 연소 분위기에서는 촤와 수트의 산화반응에 의하여 열분해 때보다 화염과 수트 클라우드의 길이가 짧아지면서 더 밝은 빛을 내었다. 포집높이 50 mm까지에서는 휘발분 함량이 많은 Berau 탄의 타르와 수트 발생률이 Glencore A.P. 탄보다 작았다. 이는 석탄 연료의 조성 중 Berau 탄내에 상대적으로 높은 산소 성분의 함량과 OH- 같은 라디칼들로 인해 타르가 산화되기 때문이다. 반면에, 50 mm 이후부터는 Berau 탄이 Glencore A.P. 탄보다 더 많은 타르와 수트의 발생률이 나타나며 탄종간에 수트 발생률의 역전현상이 일어나는데 이는 촤 입자 내부의 휘발물질과 탈휘발 과정에서 생성된 화염 속의 잔여 타르 및 light gas 성분이 반응하여 수트를 발생시켰기 때문이다. 이를 통해서 석탄 내의 휘발분의 함량과 산소농도는 수트 클라우드의 길이와 폭에 명확한 영향을 주며, 수트 발생률에 매우 중요한 인자라는 것을 확인할 수 있었다. SEM과 B.E.T.의 결과로부터 탈휘발이 종료된 후에도 촤 입자 내부의 잔존 휘발물들이 분출되면서 타르와 수트가 발생함을 확인할 수 있었고, 각 탄의 휘발분 함량과 기공의 발달 차이를 통해서 100 mm 이후에 나타난 타르와 수트의 발생률 역전 현상을 설명할 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권10호
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• pp.807-815
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• 2014

본 연구는 최근 대형고로에 도입된 PCI 시스템에서 석탄의 탄종에 따른 연소 특성을 파악하기 위해, 고로내 석탄의 연소환경을 잘 모사할 수 있는 층류반응기(LFR)을 이용하여 화염형상을 분석하고, 체류시간별 입자의 온도와 배기가스인 CO와 $CO_2$를 측정하였다. 화염형상의 가시적인 분석뿐만 아니라, 입자온도와 배기가스의 배출특성을 근거로 하여 휘발분 연소와 촤 연소 구간을 구분하였다. 특히 CO는 고로내 발생하는 산화철의 환원반응에 영향을 주는 인자로써, 본 연구에서는 탄종별 CO의 배출시점과 특성에 대한 분석이 이루어졌다. 휘발분 함량이 많은 탄종의 연소 초기 입자온도는 높게 측정되었지만, 휘발분 연소구간이 길어지면서 이후에 연속적으로 시작되는 촤 연소가 지연되었다. 촤 연소구간에서는 연료비가 높을수록 CO발생량이 상대적으로 많고, 적정온도가 유지되었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권3호
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• pp.259-267
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• 2010

본 연구는 아역청탄의 미분탄 연소특성에 있어서, 입자크기가 미치는 영향을 알고자 실험을 통해 고찰한 것이다. 본 연구를 위하여, 온도 및 온도 상승률을 고려해 볼 때, 실제 미분탄 연소로의 환경을 잘 구현할 수 있는 층류반응기를 설계하고 이용하였다. 크기가 다른 미분탄 입자들이 탈 때 형성되는 화염구조 및 길이를 본 반응기를 이용해 조사하였다. 육안으로 관찰된 화염구조로부터 석탄연소과정들을 분명하게 구분할 수 있었다. 입자의 크기변동은 휘발분 점화개시점에 미치는 영향이 큰 반면, 휘발분의 연소시간에 미치는 영향은 가장 적었다. 입자의 크기가 커질수록 촤의 화염길이도 증가하였다. 화염불안정성 역시 입자가 커짐에 따라 증대되었다. 일정한 체류시간 간격내에서의 촤의 소비율은 거의 일정하였다.

• Environmental Engineering Research
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• 제12권5호
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• pp.211-217
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• 2007

Polycyclic aromatic hydrocarbon growth from cyclopentadiene (CPD) pyrolysis was investigated using a laminar flow reactor operating in a temperature range of 600 to $950^{\circ}c$. Major products from CPD pyrolysis are benzene, indene and naphthalene. Formation of observed products from CPD is explained as follows. Addition of the cyclopentadienyl radical to a CPD $\pi$-bond produces a resonance-stabilized radical, which further reacts by one of three unimolecular channels: intramolecular addition, C-H bond $\beta$-scission, or C-C bond $\beta$-scission. The intramolecular addition pathway produces a 7-norbornenyl radical, which then decomposes to indene. Decomposition by C-H bond $\beta$-scission produces a biaryl intermediate, which then undergoes a ring fusion sequence that has been proposed for dihydrofulvalene-to-naphthalene conversion. In this study, we propose C-C bond $\beta$-scission pathway as an alternative reaction channel to naphthalene from CPD. As preliminary computational analysis, Parametric Method 3 (PM3) molecular calculation suggests that intramolecular addition to form indene is favored at low temperatures and C-C bond $\beta$-scission leading to naphthalene is predominant at high temperatures.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제23권3호
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• pp.328-339
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• 1991

30 MW 열출력을 갖는 다목적 연구용 원자로(KMRR)가 원자력연구소에선 개발되고 있다. 열수력 연구의 일환으로 길이 방향으로 핀이 달린 연료봉다발의 압력강하특성을 실험으로 연구하였다. 본 논문에서는 넓은 유량범위에서 적용할 수 있는 핀 연료봉다발에서의 압력강하 상관식의 도출과 압력강하에 미치는 핀 영향의 조사에 중점을 두었다. 도출된 KMRR 핵연료봉다발의 마찰계수 상관식을 원형관의 실험결과와 비교하였을 때 저유량 실험영역에서는 충류시의 해석값인 64/Re 보다 큰 값을 가졌으나 Re가 증가되면 Blasius 상관식보다 낮아지는 경향을 나타내었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권12호
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• pp.1093-1099
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• 2010

초고온원자로(VHTR) 설계에 있어 중간열수송루프(IHTL) 및 중간열교환기(IHX) 설계는 고온의 운전조건($950^{\circ}C$ 이상)으로 인하여 공학적으로 어려운 과제 중 하나로 알려져있다. 본 연구에서는 LiF, NaF 및 KF(46.5:11.5:42.0 mole %)의 공융혼합물인 Flinak molten salt 를 IHTL 의 열수송매체로 고려하였다. Flinak molten salt 의 세관에서의 열수력 특성을 평가하기 위하여 직경이 1.4 mm 인 원형관을 이용하여 고온의 가스와 Flinak 을 열교환할 수 있는 이중관식 열교환기를 구성하여 실험하였다. 실험 결과 층류유동에서 측정된 Flinak 의 마찰계수는 이론식인 64/Re 에 근접하였고 Nusselt 수는 일반적으로 3.66 에서 4.36 범위에 들었다.

• 에너지공학
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• 제23권2호
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• pp.42-48
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• 2014

미분탄의 연소 또는 열분해 과정으로부터 발생하는 tar-soot는 복사 열전달 및 질소산화물의 추가적인 발생 원인이라는 관점에서 의미 있게 다루어지고 있다. 최근 저열량탄이 증가함에 따라 시멘트의 원료로 재활용되던 석탄회에서 다량의 미연분과 tar-soot가 포함되어 오히려 다시 반입되는 사례가 빈번해지고 있다. 따라서 본 연구에서는 저열량탄 사용 확대에 따른 혼탄연소 조건에서 tar-soot의 배출특성을 살펴보기 위해 반응기로써 LFR(Laminar Flow Reactor)을 적용하였으며, 연료로는 현재 국내발전소에서 사용 중인 역청탄 2종(MOUNTAIN, MACARHTUR)과 아역청탄(KPU)을 이용하여 단탄별 tar-soot 배출특성과 혼소비에 따른 배출특성을 화염의 구조 변화와 함께 측정하였다. 휘발분이 많은 아역청탄의 soot cloud 길이는 역청탄에 비해 길었지만 전체적인 화염 길이는 짧아졌다. 단탄별 실험결과에서는 역청탄의 tar-soot 발생량이 아역청탄의 발생률보다 높았으며 역청탄 중 휘발분 함량이 많은 MOUNTAIN탄이 상대적으로 휘발분 함량이 적은 MACARHTUR탄의 tar-soot 발생률보다 높았다. 혼소시에는 단탄의 연소특성과는 다른 새로운 특성을 나타내었으며 저열량탄과 혼소되는 역 청탄의 종에 따라 tar-soot 발생량이 지배되는 것을 확인하였으나 혼소비에 따른 평균적 특성이 아닌 완전히 차별되는 배출특성을 나타냄에 따라 석탄의 등급에 따라 최적의 혼소비를 찾아서 연소시키는 것이 tar-soot 발생량을 줄일 수 있는 방법임을 의미한다.

• Environmental Engineering Research
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• 제11권4호
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• pp.217-231
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• 2006

The gas-phase formation of polychlorinated naphthalenes (PCNs) and dibenzofurans (PCDFs) was experimentally investigated by slow combustion of the three chlorophenols (CPs): 2-chlorophenol (2-CP), 3-chlorophenol (3-CP) and 4-chlorophenol (4-CP), in a laminar flow reactor over the range of 550 to $750^{\circ}C$ under oxidative condition. Contrary to the a priori hypothesis, different distributions of PCN isomers were produced from each CP. To explain the distributions of polychlorinated dibenzofuran (PCDF) and PCN congeners, a pathway is proposed that builds on published mechanisms of PCDF formation from chlorinated phenols and naphthalene formation from dihydrofulvalene. This pathway involves phenoxy radical coupling at unsubstituted ortho-carbon sites followed by CO elimination to produce dichloro-9, 10-dihydrofulvalene intermediates. Naphthalene products are formed by loss of H and/or Cl atoms and rearrangement. The degree of chlorination of naphthalene and dibenzofuran products decreased as temperature increased, and, on average, the naphthalene congeners were less chlorinated than the dibenzofuran congeners. PCDF isomers were found to be weakly dependent to temperature, suggesting that phenoxy radical coupling is a low activation energy process. Different PCN isomers, on the other hand, are formed by alternative fusion routes from the same phenoxy radical coupling intermediate. PCN isomer distributions were found to be more temperature sensitive, with selectivity to particular isomers decreasing with increasing temperature.