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논문 상세정보

목재펠릿보일러의 연료공급 장치의 형태에 따른 연소특성에 관한 연구

A Study on Combustion Characteristics in terms of the Type of Fuel Supply Device (Feeder) of a Wood Pellet Boiler

초록

본 연구에서는 목재펠릿보일러의 연료공급 장치에 따른 연소특성의 분석을 위해, 낙엽송을 주요 구성성분으로 하는 1급 목재펠릿 연료 및 연소시스템인 목재펠릿보일러를 이용하여, 연료공급 장치(feeder)의 유형 및 형태에 따른 버너의 온도 및 배기가스($O_2$, $CO_x$, $NO_x$)의 농도 등이 측정, 비교, 분석되었다. 스프링 연료공급 장치가 실험 조건으로 적용된 경우의 버너의 평균 온도는 약 $821.76^{\circ}C$, 배기가스 산소 농도는 약 8.88%, 일산화탄소 농도는 약 93.35ppm, 이산화탄소 농도는 약 12.15%, 질소산화물의 농도는 약 139.83 ppm으로 측정되었으며, 이는 스크류 형태의 연료공급 장치가 설치된 실험조건에 비해 완전연소 조건에 도달하였으며, 배기가스의 평균농도가 허용 기준을 만족하는 것으로 나타났다. 또한, 스크류 피치의 증가에 따른 연소효율이 증가하는 것으로 나타났다. 목재 펠릿의 완전연소를 위한 조건에 근접, 조성하기 위해서는 연료의 투입량 조절과 더불어 투입되는 공기의 양을 제어하는 연구가 요구된다.

Abstract

This study reports the combustion characteristics, such as burner temperature and the concentration of exhausted gas ($O_2$, $CO_x$, $NO_x$) due to the different types and pitches of the fuel supply feeder of the wood pellet boiler. The 1st grade wood pellets composed of mainly larch have been used for the experiment. In case of using the spring feeder, mean temperature of burner was approximately $821.76^{\circ}C$, and the mean concentration of oxygen, carbon monoxide, carbon dioxide and nitrogen oxide were approximately 8.88%, 93.35ppm, 12.15% and 139.83 ppm, respectively. The test result with the spring feeder was shown to approach the condition of complete combustion compared to that of a screw feeder and were in good agreement with authentication judgement standard. Furthermore, the combustion efficiency was improved according to the growth of screw pitch. The control of air flow rate from the blower and ventilator is needed to achieve the complete combustion.

질의응답 

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
목재펠릿
목재펠릿의 불규칙한 연소조건으로 인하여 어떤 문제점이 발생되고 있는가?
배기가스(O2, COx, NOx) 조성비에 대한 편차(deviation) 및 변동(fluctuation)이 지속적으로 발생되고 있으며, 최고점(peak) 영역에서 배기가스 허용 기준치(Korea Energy Management Corporation, 2011)(2)를 초과하는 문제점이 발생되고 있다.

기존 난방시스템에서 기체상(gas phase) 및 액체상 (liquid phase)의 연료를 사용하는 시스템의 경우, 연료의 입자 분포가 균일하여 최대의 단면적이 산화작용에 적용되는 반면, 고체 연료인 목재펠릿은 겉보기 밀도(apparent density), 함수율(moisture contents) 등의 물리적 성질(physical properties)과 휘발분(volatile matter), 고정 탄소분(fixed carbon) 등의 화학적 조성 (chemical composition) 등 연료의 자체적 불균일성 및 간헐적 연료공급방식의 채택으로 인해 불규칙한 연소 조건이 조성되고 있다. 이로 인해, 배기가스(O2, COx, NOx) 조성비에 대한 편차(deviation) 및 변동(fluctuation)이 지속적으로 발생되고 있으며, 최고점(peak) 영역에서 배기가스 허용 기준치(Korea Energy Management Corporation, 2011)(2)를 초과하는 문제점이 발생되고 있다.

목재펠릿
목재펠릿은 무엇인가?
목질계 바이오매스 연료

목질계 바이오매스 연료인 목재펠릿은 ‘탄소중립 (Carbon Neutral)’ 에너지원으로 지정(United Nations Framework Convention on Climate Change, UNFCCC, 2006)된 바, 목재펠릿보일러 등의 연소 시스템을 이용 하여 난방 열원으로써 적극적 활용이 가능하며, 2014년 기준 약 17,500대의 가정용 목재펠릿보일러가 국내에 공급․운용되고 있다(Korea Forest Service, 2015)(1).

배기가스 내 산소(O2) 농도의 측정 및 분석
배기가스 내 산소(O2) 농도의 측정 및 분석에서 SPF 조건인 경우 어떤 배출 양상을 나타냈는가?
SPF 조건인 경우, 일정한 양의 연료가 안정적으로 공급, 완전연소에 적합한 공기비가 조성되어 산소배출농도는 평균 8.88%, 표준편차는 약 0.40%로 가장 안정적 배출 양상을 나타내었다

배기가스 내 산소(O2) 농도의 측정 및 분석에서는, SPF 조건인 경우, 일정한 양의 연료가 안정적으로 공급, 완전연소에 적합한 공기비가 조성되어 산소배출농도는 평균 8.88%, 표준편차는 약 0.40%로 가장 안정적 배출 양상을 나타내었다. SCF의 크기가 small에서 large로 증가 시 산소 배출량이 약 1.

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참고문헌 (37)

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