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DTF 를 이용한 석탄 회분 함량에 따른 미연분 및 NOx 배출 특성 연구
Effect of Ash Content on Unburned Carbon and NOx Emission in a Drop Tube Furnace 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.38 no.12 = no.351, 2014년, pp.963 - 969  

김상인 (부산대학교 기계공학부) ,  이병화 (부산대학교 화력발전에너지분석기술센터) ,  안기주 (부산대학교 기계공학부) ,  김만철 ((주)한국남부발전) ,  김승모 (부산대학교 화력발전에너지분석기술센터) ,  전충환 (부산대학교 기계공학부)

초록
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본 연구는 고회분탄의 최적화된 연소 조건을 알아보기 위해 회분 함량이 각기 다른 네 종류 석탄의 연소시 배출되는 NOx및 미연분 특성을 알아보았다. 실험은 DTF(Drop Tube Furnace)를 통해서 다양한 입자크기조건 및 공기다단방식을 도입하여 수행하였다. 결과로 회분의 함량이 증가할수록 미연분이 증가하며, 입자크기가 증대될수록 미연분에 대한 회분의 영향이 명확해짐을 확인하였다. 또한, 회분의 함량이 증가할수록 Char-NOx가 감소하며, 입자크기가 감소할수록 NOx의 배출이 감소하는 것을 확인하였다. 본 연구는 고회분탄의 NOx를 저감하는 방법으로 공기다단방식의 적용을 제안하며 전단 연소 영역의 공기과잉률 변화를 통한 최적화된 연소조건을 제시하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Four coal sources that had different ash contents were evaluated in a drop tube furnace (DTF). Combustion experiments were conducted by using several sources with different particle sizes and excess air ratios under air-staging conditions to determine the optimized combustion conditions of high-ash ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한, Pusan Clean Coal Center(부산대학교 화력발전에너지분석기술센터, PCCC)에서는 연소 Kinetics해석을 수행하여, 여러 고회분탄종의 활성화 에너지 및 빈도인자를 도출하였다.(5)

    본 연구에서는 석탄이 함유하고 있는 회분의 함량이 연소 특성에 끼치는 영향을 조사하여, 고회분탄이 사용되기에 최적화된 연소 조건을 제시하는 것을 목표로 한다. 또한, 공기 다단 연소 방식 의 적용과 석탄 입자 크기의 변화가 미연분 및 NOx의 배출에 주는 영향을 평가하는 것에 중점을 두어 수행되었다.

  • 고회분탄은 보일러 내 연소 시 높은 회분함량으로 인해 석탄 자체의 연소성을 의미하는 연소 속도 및 연소 효율의 저하와 연소 후 연소로 내부에 발생하는 회분으로 인한 슬래깅(Slagging), 파울링(Fouling) 등의 문제가 Key Words: High-ash Coal(고회분탄), Unburned Carbon(미연탄소분), NOx(질소산화물), Particle Size(입자크기), Air-staged Combustion(공기다단연소) 초록: 본 연구는 고회분탄의 최적화된 연소 조건을 알아보기 위해 회분 함량이 각기 다른 네 종류 석탄의 연소 시 배출되는 NOx및 미연분 특성을 알아보았다.
  • 본 연구에서는 석탄이 함유하고 있는 회분의 함량이 연소 특성에 끼치는 영향을 조사하여, 고회분탄이 사용되기에 최적화된 연소 조건을 제시하는 것을 목표로 한다. 또한, 공기 다단 연소 방식 의 적용과 석탄 입자 크기의 변화가 미연분 및 NOx의 배출에 주는 영향을 평가하는 것에 중점을 두어 수행되었다.
  • 본 연구는 고회분탄의 NOx를 저감하는 방법으로 공기다단방식의 적용을 제안하며 전단 연소 영역의 공기과잉률 변화를 통한 최적화된 연소조건을 제시하였다.
  • 2는 회분 함량이 각기 다른 네 종류 석탄들 의 DTF연소 후 배출된 미연분 함량을 나타낸 것 이다. 본 연구에서는 이러한 NOx배출을 고려한 고회분탄의 최적화된 연소 조건을 보다 공학적으로 제시하기 위해, 석탄 내부의 Fuel N이 NOx로 전환되는 양을 전환 비 CR을 통하여 수 치적으로 나타내었다. 미분탄의 연소 과정 중 생성되는 NOx의 대부분은 석탄 내부의 N에 의해 생성되기 때문에, 이러한 매커니즘에 따라 제안된 CR분석법은 미분탄 질소산화물 연구에 빈번하게 사용되어 왔으며 Fuel ratio(FR), Fuel-bound nitrogen(FN)을 고려한 식 (3)과 같이 표현된다.
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참고문헌 (19)

  1. Biswas, S., Choudhury, N., Sarkar, P., Mukherjee, A., Sahu, S. G. and Boral, P., 2006, "Studies on the Combustion Behavior of Blends of Indian Coals by TGA and Drop Tube Furnace," Fuel Processing Technology, Vol. 87, pp. 191-199. 

  2. Ikeda, M., Makino, H., Morinaga, K., Higashiyama, K. and Kozai, Y., 2003, "Emission Characteristics of NOx and Unburned Carbon in Fly Ash During Combustion of Blends of Bituminous/Sub-bituminous Coals," Fuel, Vol. 82, pp. 1851-1857. 

  3. Kurose, R., Ikeda, M. and Makino, H., 2001, " Combustion Characteristics of High Ash Coal in a Pulverized Coal Combustion," Fuel, Vol. 80, pp. 1447-1455. 

  4. Yan, R., Zheng, C., Wang, Y. and Zeng, Y., 2003, "Evaluation of Combustion Characteristics of Chinese High-ash Coals," Energy Fuels, Vol. 17, pp. 1522-1527. 

  5. An, K. J., Lee, B. H., Kim, S. I., Kim, M. C., Kim, S. M. and Jeon, C. H., 2013, "Char Oxidation Characteristics of High Ash Coal in Drop Tube Furnace," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. B, Vol. 37, No.4, pp. 405-413. 

  6. Lee, B. H., Kim, S. G., Song, J. H., Chang, Y. J. and Jeon, C. H., 2011, "Influence of Coal Blending Methods on Unburned Carbon and NO Emissions in a Drop-tube Furnace," Energy&Fuels, Vol. 25, pp. 5055-5062. 

  7. De Soete GG., 1975, Fifteenth Symposium (international) on Combution, The Combustion Institute, Pittsburgh, PA, p.1093. 

  8. EPA., 2004, "Summary of NOx Control Technologies and Their Availability and Extent of Application," US Environmental Protection Agency, EPA-450/3-92-004, pp. 8-12. 

  9. Spliethoff, H., Greul, U., Rudiger, H., Klaus, R. S., 1995, "Basic Effects on NOx Emissions in Air Staging and Reburning at a Bench-scale Test Facility," Fuel, Vol. 75, pp. 560-564. 

  10. Ma, W. J., Fan, W. J., Hou, M. Y. and Yang, M. L., 2004, "Influences of Air Staged Proportion on Combustion and Exhaust Emissions," J. Combust. Sci. Technol., Vol. 10, pp. 345-349 (in Chinese). 

  11. Coda, B., Kluger, F., Fortsch, D. and Spliethoff., H., 1998, "Coal-Nitrogen Release and NOx Evolution in Air-Saged Cmbustion," Energy Fuels, Vol. 12, pp. 1322-1327. 

  12. Mana, C. K., Gibbins, J. R., Witkampb, J. G. and Zhang, J., 2005, "Coal Caracterisation for NOx Prediction in Air-Staged Combustion of Pulverised Coals," Fuel, Vol. 84, pp. 2190-2195. 

  13. Backreedy, R.I., Jones, J.M., Ma, L., Pourkashanian, M., Williams, A. and Arenillas, A., 2005, "Prediction of Unburned Carbon and NOx in a Tangentially Fired Power Station Using Single Coals and Blends," Fuel, Vol. 84, pp. 2196-2203. 

  14. Li, S., Xu, T., Hui, S., Zhou, Q. and Tan, H., 2009, "Optimization of Air Staging in a 1 MW Tangentially Fired Pulverized Coal Furnace," Fuel Processing Technology, Vol. 90, pp. 99-106. 

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  17. Makino, H. and Kimoto, M., 1994, "Low NOx Combustion Technology in Pulverized Coal Combustion," Kagaku Kogaku Ronbunshu, Vol. 4, No. 20, pp. 747-757. 

  18. Tsuji, H., Shirai, H., Matsuda, H. and Rajoo, P. 2011, "Emission Characteristics of NOx and Unburned Carbon in Fly Ash on High-ash Coal Combustion," Fuel, Vol. 90, pp. 850-853. 

  19. Spliethoff, H., Greul, U., Rudiger, H. and Hein, KRG., 1996, "Basic Effects on NOx Emissions in Air Staging and Reburning at a Bench-scale Test Facility," Fuel, Vol. 75, pp. 560-564. 

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