순환유동층(CFB, Circulating Fluidized Bed) 보일러의 Solid Separator의 포집효율을 예측해 보고자 3차원수치해석(CFD) 프로그램을 활용하여 연소로 내부에서 일어나는 유동현상을 해석하였으며 또 연소로 출구에서 Solid Separator 입구로 유입되는 Gas-Solid의 유동패턴을 확인하여 이 유동패턴 차이에 따른 Solid Separator의 포집효율을 예측해 보았다. 순환유동층 연소로의 ...
순환유동층(CFB, Circulating Fluidized Bed) 보일러의 Solid Separator의 포집효율을 예측해 보고자 3차원수치해석(CFD) 프로그램을 활용하여 연소로 내부에서 일어나는 유동현상을 해석하였으며 또 연소로 출구에서 Solid Separator 입구로 유입되는 Gas-Solid의 유동패턴을 확인하여 이 유동패턴 차이에 따른 Solid Separator의 포집효율을 예측해 보았다. 순환유동층 연소로의 유동해석을 위해 보일러 설계 및 운전 데이터 분석, 샘플링 분석 결과를 바탕으로 모델링 형상 및 경계조건을 수립하였다. 연소로의 크기 및 복잡한 형상(구조)적인 특징을 그대로 반영하여 수치해석을 진행할 경우 Model 해석시간이 과도하게 소요될 우려가 있어 연소로 및 여러 Opening의 구조, 형상을 단순화하여 수치해석에 적합하도록 모델링 Geometry를 구현하였다. 연소로 유동해석을 위한 전제조건으로 석탄의 연소반응이나 유동장내에서 고체입자간의 충돌(Fragmentation)에 따른 부피변화는 해석대상에서 제외하였다. 다만 연소반응에 의해 발생되는 공기량(Total Air) 대비 연소가스량의 부피증가는 연소반응식으로 계산하여 경계조건에 반영하였다. 유동해석 결과의 Validation은 연소로 높이별 내부 압력변화로 모델링의 신뢰성을 검증하였으며, 보일러 운전 중에 상시 모니터링 되는 연소로 상·하부의 베드압력과 비교하였을 때 수치해석과 실제 운전값과의 유사성을 확인하였다. 연소로 출구의 유동패턴은 Solid Separator의 배열 형태를 고려했을 때 연소로 전·후면의 각 출구는 서로 대칭(회전)이 되는 출구와 유동패턴이 유사할 것으로 예상하였으나, 실제 연소가스(Air) 및 유동매체(Solid)의 질량 유량, Solid Mass Fraction 등 연소로 각 출구별로 상이한 유동패턴을 확인하였다. Solid Separator의 유동해석은 연소로 출구별로 유동패턴을 고려하여 선정된 4가지 유동조건을 적용하여 Solid Separator(1∼4번)에 대한 수치해석을 진행하였다. 수치해석 모델은 레이놀즈 응력 모델(RSM)을 기본 모델로 적용하였으며, k-ε 모델에 대해서도 해석을 실시하여 두 모델간의 포집효율을 서로 비교해 보았다. RSM 모델을 적용한 경우 포집효율은 k-ε 모델의 경우보다 Cut-out Diameter가 더 큰 것으로 분석이 되었다. Solid Separator의 포집효율은 연소로 출구의 유동(유속)조건에 따라 3번 Solid Separator의 포집효율이 가장 높았으며, 포집효율이 50%인 고체입자의 크기(d50)는 54.14 um로 나타났고, 입자크기 80 um 이상에서는 포집효율이 100%였다. 반면에 입구속도가 가장 느린 1번 Solid Separator의 포집효율은 가장 낮게 나타났으며, d50은 69.5 um, 입자크기 100 um 이상에서는 포집효율이 100% 이었다. 2, 4번 Solid Separator의 포집효율은 비슷하였으며 d50은 약 65 um, 입자크기 90 um 이상에서는 포집효율이 100%로 분석되었다. Solid Separator에서 포집되어 연소로로 순환되는 순환매체(Circulation Material) 중에서 석회석과 Ash 혼합물로 추정되는 물질(전체의 약 7%)의 평균밀도는 약 1,500 kg/m3로, 기존 수치해석 모델에서 이 밀도조건을 적용하여 유동해석을 실시한 결과 포집성능이 50%인 입자크기 d50은 약 72.4 um, 입자크기 150 um 이상에서 포집효율이 100%인 것을 확인할 수 있었다. 이 수치해석 결과는 실제 전기집진기에서 106 um, 130 um 이상의 Fly Ash로서는 다소 큰 입자가 포집되는 현상을 설명할 수 있다고 판단되었다.
순환유동층(CFB, Circulating Fluidized Bed) 보일러의 Solid Separator의 포집효율을 예측해 보고자 3차원 수치해석(CFD) 프로그램을 활용하여 연소로 내부에서 일어나는 유동현상을 해석하였으며 또 연소로 출구에서 Solid Separator 입구로 유입되는 Gas-Solid의 유동패턴을 확인하여 이 유동패턴 차이에 따른 Solid Separator의 포집효율을 예측해 보았다. 순환유동층 연소로의 유동해석을 위해 보일러 설계 및 운전 데이터 분석, 샘플링 분석 결과를 바탕으로 모델링 형상 및 경계조건을 수립하였다. 연소로의 크기 및 복잡한 형상(구조)적인 특징을 그대로 반영하여 수치해석을 진행할 경우 Model 해석시간이 과도하게 소요될 우려가 있어 연소로 및 여러 Opening의 구조, 형상을 단순화하여 수치해석에 적합하도록 모델링 Geometry를 구현하였다. 연소로 유동해석을 위한 전제조건으로 석탄의 연소반응이나 유동장내에서 고체입자간의 충돌(Fragmentation)에 따른 부피변화는 해석대상에서 제외하였다. 다만 연소반응에 의해 발생되는 공기량(Total Air) 대비 연소가스량의 부피증가는 연소반응식으로 계산하여 경계조건에 반영하였다. 유동해석 결과의 Validation은 연소로 높이별 내부 압력변화로 모델링의 신뢰성을 검증하였으며, 보일러 운전 중에 상시 모니터링 되는 연소로 상·하부의 베드압력과 비교하였을 때 수치해석과 실제 운전값과의 유사성을 확인하였다. 연소로 출구의 유동패턴은 Solid Separator의 배열 형태를 고려했을 때 연소로 전·후면의 각 출구는 서로 대칭(회전)이 되는 출구와 유동패턴이 유사할 것으로 예상하였으나, 실제 연소가스(Air) 및 유동매체(Solid)의 질량 유량, Solid Mass Fraction 등 연소로 각 출구별로 상이한 유동패턴을 확인하였다. Solid Separator의 유동해석은 연소로 출구별로 유동패턴을 고려하여 선정된 4가지 유동조건을 적용하여 Solid Separator(1∼4번)에 대한 수치해석을 진행하였다. 수치해석 모델은 레이놀즈 응력 모델(RSM)을 기본 모델로 적용하였으며, k-ε 모델에 대해서도 해석을 실시하여 두 모델간의 포집효율을 서로 비교해 보았다. RSM 모델을 적용한 경우 포집효율은 k-ε 모델의 경우보다 Cut-out Diameter가 더 큰 것으로 분석이 되었다. Solid Separator의 포집효율은 연소로 출구의 유동(유속)조건에 따라 3번 Solid Separator의 포집효율이 가장 높았으며, 포집효율이 50%인 고체입자의 크기(d50)는 54.14 um로 나타났고, 입자크기 80 um 이상에서는 포집효율이 100%였다. 반면에 입구속도가 가장 느린 1번 Solid Separator의 포집효율은 가장 낮게 나타났으며, d50은 69.5 um, 입자크기 100 um 이상에서는 포집효율이 100% 이었다. 2, 4번 Solid Separator의 포집효율은 비슷하였으며 d50은 약 65 um, 입자크기 90 um 이상에서는 포집효율이 100%로 분석되었다. Solid Separator에서 포집되어 연소로로 순환되는 순환매체(Circulation Material) 중에서 석회석과 Ash 혼합물로 추정되는 물질(전체의 약 7%)의 평균밀도는 약 1,500 kg/m3로, 기존 수치해석 모델에서 이 밀도조건을 적용하여 유동해석을 실시한 결과 포집성능이 50%인 입자크기 d50은 약 72.4 um, 입자크기 150 um 이상에서 포집효율이 100%인 것을 확인할 수 있었다. 이 수치해석 결과는 실제 전기집진기에서 106 um, 130 um 이상의 Fly Ash로서는 다소 큰 입자가 포집되는 현상을 설명할 수 있다고 판단되었다.
The purpose of this study is to predict the collection efficiency of solid separator for a 500MWe circulating fluidized bed combustion boiler. A 3-D numerical analysis program(CFD) was used to define the flow characteristics occurring inside furnace and its eight exits, and to determine the collecti...
The purpose of this study is to predict the collection efficiency of solid separator for a 500MWe circulating fluidized bed combustion boiler. A 3-D numerical analysis program(CFD) was used to define the flow characteristics occurring inside furnace and its eight exits, and to determine the collection efficiency of solid separator by applying its unique flow pattern from the a furnace exit through the inlet channel of the solid separator. For the CFD analysis of the furnace of CFB boiler, ANSYS FLUENT 17.2 was used and the Eulerian-Eulerian model was applied, Creating structure modeling and boundary condition was done through the analysis of boiler design and operation data. As a precondition for the analysis, It was considered to exclude the combustion reaction to cause volume reduction of a coal particle, and the fragmentation caused by collision between solid particles during rapid entrainment in the furnace. However the volume increase, compared to total fed air, of the combustion gas generated during the chemical reaction in the furnace is calculated and reflected in the boundary condition of the analysis model. The validation if the model is carried out by comparing with operation of the boiler. and when compared with the furnace bed pressure at the lower and upper part of the furnace, the analysis model and actual operation data were confirmed to be reliable. As a result of the analysis, The profile of mass flow rate of the gas and solid particle, and solid mass fraction showed different flow patterns for each outlet of the furnace. and therefore four different case of flow conditions at the outlet of the furnace were selected for the numerical analysis of the solid separators. For the CFD analysis of solid separator, The Eulerian-largrangian method was applied, and the Reynolds stress model was selected as a basic turbulent model, to calculate the separation efficiency of solid separator, and the k-ε model was also applied as the comparison case with RSM. As a result of the analysis, With the highest inlet velocity, the collection efficiency of the Solid Separator-3 was highest, and d50, the particle size with 50 percent of the efficiency, was 54.14 micrometers and the efficiency was 100percent at particle size over 80 micrometers. whereas the collection efficiency of the solid separator-4, with slowest inlet velocity, was lowest among the four cases, d50 was 69.5 micrometers, and 100 percent of efficiency at over 100 micrometers. In conclusion, The collection efficiency of the solid separator was proportional to the gas-solid flow rate condition at the outlet of the furnace as presented in various previous studies.
The purpose of this study is to predict the collection efficiency of solid separator for a 500MWe circulating fluidized bed combustion boiler. A 3-D numerical analysis program(CFD) was used to define the flow characteristics occurring inside furnace and its eight exits, and to determine the collection efficiency of solid separator by applying its unique flow pattern from the a furnace exit through the inlet channel of the solid separator. For the CFD analysis of the furnace of CFB boiler, ANSYS FLUENT 17.2 was used and the Eulerian-Eulerian model was applied, Creating structure modeling and boundary condition was done through the analysis of boiler design and operation data. As a precondition for the analysis, It was considered to exclude the combustion reaction to cause volume reduction of a coal particle, and the fragmentation caused by collision between solid particles during rapid entrainment in the furnace. However the volume increase, compared to total fed air, of the combustion gas generated during the chemical reaction in the furnace is calculated and reflected in the boundary condition of the analysis model. The validation if the model is carried out by comparing with operation of the boiler. and when compared with the furnace bed pressure at the lower and upper part of the furnace, the analysis model and actual operation data were confirmed to be reliable. As a result of the analysis, The profile of mass flow rate of the gas and solid particle, and solid mass fraction showed different flow patterns for each outlet of the furnace. and therefore four different case of flow conditions at the outlet of the furnace were selected for the numerical analysis of the solid separators. For the CFD analysis of solid separator, The Eulerian-largrangian method was applied, and the Reynolds stress model was selected as a basic turbulent model, to calculate the separation efficiency of solid separator, and the k-ε model was also applied as the comparison case with RSM. As a result of the analysis, With the highest inlet velocity, the collection efficiency of the Solid Separator-3 was highest, and d50, the particle size with 50 percent of the efficiency, was 54.14 micrometers and the efficiency was 100percent at particle size over 80 micrometers. whereas the collection efficiency of the solid separator-4, with slowest inlet velocity, was lowest among the four cases, d50 was 69.5 micrometers, and 100 percent of efficiency at over 100 micrometers. In conclusion, The collection efficiency of the solid separator was proportional to the gas-solid flow rate condition at the outlet of the furnace as presented in various previous studies.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.