연구에서는 국내 D 석탄 화력발전소에서 비회 이송량 35,800 kg/h의 용량으로 운전 중인 비회 이송설비를 대상으로 최대 비회 이송량을 예측하였다. 수평거리 550 m, 수직거리 40 m, 엘보우 9개소, 직경 0.254 m의 이송관으로 구성된 비회 이송관로와 트립(trip) 정압 1,163 mmH2O, 풍량 5,040 m3/h인 용적식 비회 이송 송풍기로 이루어진 비회 이송 시스템에서 최대 비회 이송량은 비회 이송량의 증가에 따른 비회 이송 시스템의 압력 손실과 용적식 비회 이송 송풍기의 트립 정압이 같아질 때이며, 이 조건 하에서 가능한 최대 비회 이송량은 52,600 kg/h로 예상되었다.
연구에서는 국내 D 석탄 화력발전소에서 비회 이송량 35,800 kg/h의 용량으로 운전 중인 비회 이송설비를 대상으로 최대 비회 이송량을 예측하였다. 수평거리 550 m, 수직거리 40 m, 엘보우 9개소, 직경 0.254 m의 이송관으로 구성된 비회 이송관로와 트립(trip) 정압 1,163 mmH2O, 풍량 5,040 m3/h인 용적식 비회 이송 송풍기로 이루어진 비회 이송 시스템에서 최대 비회 이송량은 비회 이송량의 증가에 따른 비회 이송 시스템의 압력 손실과 용적식 비회 이송 송풍기의 트립 정압이 같아질 때이며, 이 조건 하에서 가능한 최대 비회 이송량은 52,600 kg/h로 예상되었다.
This study presents prediction of maximum fly ash conveying capacity of fly ash system in a power plant. The mixture ratio and pressure drop characteristics of air-fly ash flow in piping system are not well understood due to the complexity of particle motion mechanism. In this paper, the researcher ...
This study presents prediction of maximum fly ash conveying capacity of fly ash system in a power plant. The mixture ratio and pressure drop characteristics of air-fly ash flow in piping system are not well understood due to the complexity of particle motion mechanism. In this paper, the researcher investigated the optimum mixture ratio when the pressure drop of fly ash conveying system is equal to maximum static pressure of displacement fly ash transport blower and the capacity of fly ash transport according to the optimum mixture ratio by experimenting the fly ash conveying system of domestic D coal thermal power plants, which is currently in operation. The experiment results showed that the maximum fly ash conveying capacity of fly ash system were founded under the condition of maximum air volume 5,040 m3/h, static pressure of trip condition 1,163 mmH2O. In addition, it was predicted maximum mixture ratio of the air-fly ash was 8.66 and maximum capacity of fly ash conveying was 52,600 kg/h under these conditions.
This study presents prediction of maximum fly ash conveying capacity of fly ash system in a power plant. The mixture ratio and pressure drop characteristics of air-fly ash flow in piping system are not well understood due to the complexity of particle motion mechanism. In this paper, the researcher investigated the optimum mixture ratio when the pressure drop of fly ash conveying system is equal to maximum static pressure of displacement fly ash transport blower and the capacity of fly ash transport according to the optimum mixture ratio by experimenting the fly ash conveying system of domestic D coal thermal power plants, which is currently in operation. The experiment results showed that the maximum fly ash conveying capacity of fly ash system were founded under the condition of maximum air volume 5,040 m3/h, static pressure of trip condition 1,163 mmH2O. In addition, it was predicted maximum mixture ratio of the air-fly ash was 8.66 and maximum capacity of fly ash conveying was 52,600 kg/h under these conditions.
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가설 설정
비회 입자에 의한 압력손실 계산시 공기와 관 벽과의 마찰은 공기만이 흐르는 경우와 동일시하여 계산한다. 또한 입자에 의한 관 내 단면적 감소를 무시한다는 가정 하에서 계산한다. 입자 마찰력에 의한 압력손실(ΔPs, 마찰력)은 Darcy 관 마찰공식을 사용하여 식(10)과 같이 나타낼 수 있다.
본 연구에서 공기 흐름에 의한 압력강하는 공기가 가속된 후 관 내부로 유입되어 관 내부는 등속상태라는 가정하에서 관 마찰력에 의한 수평관(ΔPH), 수직관(ΔPV)과 곡선관(ΔPC) 압력손실의 합으로 해석한다.
여기서, ΔPs1은 비회 입자 마찰력에 의한 압력손실, s는비회 입자 비중량, us는 비회 입자속도, g는 중력가속도, λs는 비회 입자의 관 마찰계수로서, 관 내 비회 입자가 균일하게 유동할 경우, 비회 입자가 관 벽 전면에 일정하게 접촉하므로 λs는 특수한 유체에 의한 관 마찰계수로 가정하며 본 연구에서는 선행연구에서 적용한 Mathur와 Klinzing 입자 마찰계수 모델링에 의한 관 마찰계수 값을 적용하였다.
제안 방법
본 연구는 국내 운전 중인 D 석탄 화력발전소의 비회 이송설비에 있어서 비회 이송량 증가에 따른 비회 이송 시스템의 압력손실 분석과 비회 이송 시스템의 압력손실이 용적식 비회 이송 송풍기의 트립 정압과 일치할 때의 혼합비를 도출 하였으며, 이 때의 혼합비와 용적식 비회 이송 송풍기의 송풍량을 곱하여 최대 비회 이송량을 도출하였다.
비회 이송량 증가에 따른 비회 이송 시스템의 압력손실이 용적형 비회 이송 송풍기의 트립(trip) 정압과 일치할 때의 비회 이송량을 도출하였으며 이 때 의 비회 이송량을 최대 비회 이송량으로 예측하였다.
입자운동에 의한 압력손실을 발생시키는 원인은 입자에 의한 가속력, 마찰력, 부유력 및 상승력으로, 본 연구에서 비회 입자운동에 의한 압력손실(ΔPs)은 가속항을 무시하고 등속구간만을 고려하여 마찰력(ΔPs1), 부력(ΔPs2) 및 상승력(ΔPs3)을 고려하여 계산한다.
최대 비회 이송량을 예측하기 위해 비회 이송 시스템에서 비회의 양을 점차적으로 증가 시 비회 이송 시스템의 총압력손실이 용적식 비회 이송 송풍기의 트립 정압과 동일할 때의 혼합비를 도출하고 이 때의 공기-비회 혼합비와 비회 이송 송풍기의 송풍량을 곱하여 최대 비회 이송량을 예측한다.
대상 데이터
본 연구는 비회 이송설비에서 비회 이송 시스템의 공기와 비회 흐름에 의한 압력손실을 분석하기 위해 운전 중인 D 석탄 화력발전소의 데이터를 이용하였다. 수평관, 수직관, 엘보우로 구성된 이송관로에서 비회 이송량을 점차적으로 증가 시키면 비회 이송 시스템의 압력손실도 증가한다.
이론/모형
)은 난류흐름, 곡룰반경에 따른 2차 유동 (secondary flow), 관 반경과 곡률반경의 비(R/r), 곡선관의 각도 (θ)등 인자들 해석의 어려움으로 인하여 일반적으로 유동조건에 따른 실험식을 사용하여 해석한다. 본 연구에서는 Gibson 실험식[3]을 사용하여 압력손실 계수를 구하고, Darcy 관 마찰공식을 사용하여 곡선관의 압력손실을 구한다.[2],[4],[5]
성능/효과
1) 국내 D 석탄 화력발전소의 비회 이송설비에서 수평관 550 m, 수직관 40 m, 엘보우 9개소로 구성된 이송관로와 트립 정압 107,873 Pa, 송풍량 5,040 m3/h, 트립 정압 시 소요 전력 168 kW, 회전수 2,432 RPM인 용적식 비회 이송 송풍기에서의 최대 비회 이송량은 52,600 kg/h로 예측되었다.
2) 예측된 최대 비회 이송량은 운전 중인 비회 이송설비의 성능보증 비회 이송량 35,800 kg/h의 1.47배이며, 석탄 화력발전소에서 연료인 석탄의 변경에 따른 비회 이송량 증가 시 최대 비회 이송량 52,600 kg/h 이내에 비회 이송설비의 교체 없이 설비의 운용이 가능하다.
공기-비회 혼합비가 4일 때의 총 압력손실은 56,533 Pa, 비회 이송량은 24,300 kg/h로 예측되었으며, 비회 이송량 증가에 따른 비회 이송 시스템의 총 압력손실이 운전 중인 용적식 비회 이송 송풍기의 트립 정압과 동일 할 때의 비회 이송량 52,600 kg/h가 최대 비회 이송량으로 예측되었다.
본 연구의 대상인 D 석탄 화력발전소 비회 이송설비의 운전 비회 이송량은 35,800 kg/h로 최대 비회 이송량은 운전 비회 이송량 보다 1.47배 증가하는 것으로 분석되었다.
Table 2는 혼합비에 따른 공기흐름과 비회 흐름에 의한 비회 이송 시스템의 총 압력손실과 혼합비에 따른 비회 이송량이다. 혼합비 증가에 따른 비회 이송량이 증가할수록 이송배관 내 마찰력에 의한 마찰손실이 증가하여 비회 이송 시스템의 압력손실이 증가하는 것으로 분석되었다.
후속연구
실제 운전 중인 석탄 화력발전소에서 연료인 석탄의 변경에 따른 비회의 밀도, 형상 변화와 계절 별 대기 온도의 변화에 대한 비회 이송 조건 변경 등과 안정적인 발전설비 운영을 고려할 때 비회 이송 시스템의 압력손실 여유율은 일정 부분 감안해야 할 필요성은 있으나 본 연구에서는 여유율에 대하여서는 고려하지 않았다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
공기-입자 수송장치 해석을 위해 우선적으로 해석해야 할 것은?
공기-입자 수송장치 해석을 위하여 우선적으로 수송관 내 압력손실을 해석하여야 한다. 수송관 내 공기-입자 유동장에서는 입자의 크기, 형상, 밀도 등의 많은 인자들의 영향으로 인해 정확한 압력손실 해석이 어렵기 때문에, 많은 해석방법들이 주로 실험식에 의존하고 있다.
수송관 내 가스와 입자의 2상 유동에 관한 많은 연구가 수행되는 배경은?
미분탄, 시멘트, 비회, 화학약품, 그리고 곡류 등의 입자 수송산업에 있어서 수송의 용이성과 공정의 적합성을 위하여 재료를 입자화 시킬 필요성이 증가함으로써 수송관 내 가스와 입자의 2상 유동에 관하여 많은 연구가 수행되고 있다. 화력발전소, 시멘트공업, 그리고 제분공업 등에 있어서 입자 수송능률이 생산능률과 품질 향상 및 수익성에 연결되므로, 최적 생산 공정을 위하여 사용되는 공기-입자 수송장치 해석에 대한 연구는 절실히 요구되고 있는 실정이다.
수송관 내 공기-입자 유동장에서 압력손실 해석을 위해 중요한 것과 그것을 결정하는 주요 인자는 무엇인가?
수송관 내 공기-입자 유동장에서는 입자의 크기, 형상, 밀도 등의 많은 인자들의 영향으로 인해 정확한 압력손실 해석이 어렵기 때문에, 많은 해석방법들이 주로 실험식에 의존하고 있다. 수송관 내 공기-입자 유동장에서 압력손실에 영향을 주는 인자들 중 입자와 공기의 혼합유동 양식이 중요하며 이를 결정하는 주요 인자는 입자의 질량 혼합비 (mixture ratio)이다.[2],[3]
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