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슬러지 순산소 유동층 연소특성
Combustion Characteristics of Waste Sewage Sludge using Oxy-fuel Circulating Fluidized Bed 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.55 no.6, 2017년, pp.846 - 853  

장하나 (연세대학교 환경공학과) ,  성진호 (연세대학교 환경공학과) ,  최항석 (연세대학교 환경공학과) ,  서용칠 (연세대학교 환경공학과)

초록
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순환유동층 모사장치와 $30kW_{th}$급 파일럿 연소기를 활용하여 슬러지 순산소 유동층 연소특성을 살펴보았다. 순환유동층 모사실험에서 최소유동화속도($U_{mf}$)는 0.120 m/s로 계산되었고, 고속유동화를 위한 공탑속도는 2.5 m/s 이상으로 결정되었다. 파일럿 연소실험에서는 일반공기 및 21~40% 순산소 연소실험이 수행되었다. 배출가스 온도의 경우 21~25% 순산소 연소가 일반공기 및 30% 이상의 순산소 연소보다 상대적으로 높았다. 또한, 배출가스 중 $CO_2$ 배출농도가 21~25% 순산소 연소 범위에서 80% 이상으로 나타났다. 이를 고려한 전반적인 연소특성을 살펴 보았을 때 25% 순산소 연소가 본 슬러지 연료 연소에 대한 장시간 운전에 있어 보다 적합한 것으로 사료된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Cold bed and $30kW_{th}$ pilot bed tests using circulating fluidized bed (CFB) were conducted to apply oxy-fuel technology for waste sludge combustion as a carbon capture and storage technology. In cold bed test, the minimum fluidization velocity ($u_{mf}$) and superficial velo...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한, Air Liquide와 Babcock &Wilcox (B&W) 社 에서는 기존 시설을 순산소 연소시설로 개량하여 배출가스 재순환 시 CO2 및 다양한 오염물질을 동시에 제어할 수 있는 연소기술을 연구하였다.
  • 3 MWth의 파일럿 시설을 활용하여 석탄의 순산소 연소기술에 대해 다양한 실험을 수행하였다. 이 실험에서 연소 가스 중 산소농도, 배출가스 재순환율 등에 의한 연소특성에 대해 조사하였다[13,17]. 또한, 0.
  • 순환유동층의 유동화에 의한 고체입자의 상승은 주로 연소기 벽면에서 먼 쪽에서 이루어지고, 연소기 벽면 근처에서는 고체 입자가 하강하는 흐름이 형성된다. 이러한 흐름은 공탑속도가 변화함에 따라 달라지며, 이러한 공탑속도 변화에 따른 연소기 내 수력학적 특성과 열전달의 특성에 대해 살펴보았다. 공탑속도 변화에 따른 열전달 변화를 살펴보기 위해 기체의 공탑속도를 1 m/s 로부터 6 m/s까지 변화시켜 가며 살펴보았다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
화석연료의 단점은 무엇인가? 최근, 화석연료의 부족 때문에 신재생에너지원에 대한 수요가 급증하고 있다. 또한, 화석연료는 연소 시 지구온난화를 일으키며 심각한 대기오염을 가져오게 된다. 이러한 신재생에너지원으로써 슬러지 및 바이오매스 등이 화석연료의 대안으로 각광을 받고 있다.
슬러지의 연소 시 어떤 반응 과정이 발생하는가? 이는 슬러지가 수분함량이 많고 휘발성분이 많이 있기 때문인 것으로 파악되었다. 슬러지 연소 시, 건조, 탈 휘발화, Char 연소 등의 일련의 반응과정을 거치게 된다. 이제근 등은 단단유동층 소각로와 2단 선회류 유동층 소각로를 적용하여 하수슬러지및 폐수슬러지의 연소특성을 관찰하였다.
탄소 제어 및 저장기술 중 순 산소 연소기술은 무엇인가? 탄소 제어 및 저장기술은 연소 전 제어기술, 연소 후 제어기술, 순 산소 연소기술 등으로 분류할 수 있다. 이 중 순 산소 연소기술은 연소 시 과잉공기 대신 순산소를 산화제로 사용하는 기술이다[11]. 또한,순산소연소시배가스를재순환하여최종적으로배출가스중 CO2의 농도가 90% 이상의 고농도로 배출되게 한다.
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참고문헌 (26)

  1. Ogada, T. and Werther, J., "Combustion Characteristics of Wet Sludge in a Fluidized Bed," Fuel Sci. Technol. Int., 75, 617-626 (1996). 

  2. Lee, J. K., Lee, K. H., Lee, K. H. and Chun, H. S., "Incineration of Paper Sludge Wastes in a Two-Stage Swirl-Flow Fluidized Bed Combustor," Korean Chem. Eng. Res., 28(4), 470-479(1990). 

  3. Lee, J. K., Lee, K. H., Jang, J. G., Lee, N. S., Lim, J. S. and Chun, H. S., "Fluidized Bed Incineration of Digested Sewage Sludge: Part 1. Combustion Characteristics of the Single-Stage Fluidized Bed Incinerator," Korean Chem. Eng. Res., 30(2), 228-236 (1992). 

  4. Lee, J. K., Lee, K. H., Jang, J. G., Lim, J. H., Lim, J. S. and Chun, H. S., "Combustion Characteristics of Digested Sewage Sludge in a Two-stage Swirl-Flow Fluidized Bed Incinerator," Korean Chem. Eng. Res., 30(4), 499-508(1992). 

  5. Latva-Somppi, J., Kauppinen, E. I., Valmari, T., Ahonen, P., Gurav, A. S., Kodas, T. T. and Johanson, B., "The Ash Formation during Co-combustion of Wood and Sludge in Industrial Fluidized Bed Boilers," Fuel Process. Technol., 54, 79-94(1998). 

  6. Kaferstein, P., Gohla, M., Tepper, H. and Reimer, H., "Fluidization, Combustion and Emission Behaviour of Biomass in Fluidized Bed Combustion Units," 14th International Conference Fluidized Bed Combustion, May, Vancouver(1977). 

  7. Albrecht, J. and Schelhaas, K. P., "Investigation in NOx Formation at Combustion of Sewage Sludge in an Commercial Scale Bubbling Fluidized Bed," 14th International Conference Fluidized Bed Combustion, May, Vancouver(1977). 

  8. North, B. C. and Eleftheriades, C. M., "Incineration of Biomass Sludge in a Bubbling Fluidized Bed Combustion," 14th International Conference Fluidized Bed Combustion, May, Vancouver(1977). 

  9. Werther, J. and Ogada, T., "Sewage Sludge Combustion," Prog. Energy Combust. Sci., 25, 55-116(1995). 

  10. Final Report entitled "Oxy-fuel Combustion Technology of Waste Sludge and Biomass by Circulating Fluidized Bed using Flue-gas Recirculation," Korea Energy Technology Evaluation Institute, Ministry of Trade, Industry and Energy (2013). 

  11. IPCC Special Report on Carbon Dioxide and Storage, http://www.ipcc.ch. 

  12. Buhre, B. J. P., Elliott, L. K., Sheng, C. D., Gupta, R. P. and Wall, T. F., "Oxy-fuel Combustion Technology for Coal-fired Power Generation," Prog. Energy Combust. Sci., 31, 283-307(2005). 

  13. Chen, L., Yong, S. Z. and Ghoniem, A. F., "Oxy-fuel Combustion of Pulverized Coal: Characterization, Fundamentals, Stabilization and CFD Modeling," Prog. Energy Combust. Sci., 38, 156-214(2012). 

  14. Molburg, J. C., Doctor, R. D. and Brockmeier N. F., "Carbon Dioxide Capture from PC Boilers with $O_{2}$ -firing," 18th Annual International Pittsburgh Coal Conference, December, Newcastle(2001). 

  15. Wang, C. S., Berry, G. F., Chang, K. C. and Wolsky, A. M., "Combustion of Pulverized Coal using Waste Carbon Dioxide and Oxygen," Combust. Flame, 72, 301-310(1988). 

  16. Gotou, T., Yamada, T., Kiga, T., Misawa, N. and Hashimoto, K., "Study Results of Combustion Characteristics and Behaviors of the Corrosive Substances in Oxy-fuel Combustion Process," Proceeding of the 2nd International Oxy-fuel Combustion Conference, September, Yeppoon(2011). 

  17. Croiset, E. and Thambimuthu, K. V., " $NO_{x}$ and $SO_{2}$ Emissions from Oxygen/Carbon Dioxide Recycle Coal Combustion," Fuel Sci. Technol. Int., 80, 2117-2121(2001). 

  18. Jia, L., Tan, Y., Wu, Y. and Anthony, E. J., "Oxy-fuel Tests and Results using a Pilot-scale Circulating Fluidized Bed," Proceeding of the 2nd International Oxy-fuel Combustion Conference, September, Yeppoon(2011). 

  19. Tourunen, A., Leino, T., Pikkarainen, T., Nevalainen, H. and Kuivalainen, R., "Small Pilot Scale CFB Experiments under Air- and Oxygen-firing Conditions," Proceeding of the 2nd International Oxy-fuel Combustion Conference, September, Yeppoon(2011). 

  20. Arias, B., Peveda, C., Rubiera, F. and Pis, J. J., "Effect of Biomass Blending on Coal Ignition and Burnout during Oxy-fuel Combustion," Fuel Sci. Technol. Int., 87, 2753-2759(2008). 

  21. Fryda, L., Sobrion, C., Cieplik, M. and van de Kamp, W. L., "Study on Ash Deposition under Oxy-fuel Combustion of Coal/Biomass Blends," Fuel Sci. Technol. Int., 89, 1889-1902(2010). 

  22. Toftegaard M. B., Brix, J., Jensen, P. A., Glarborg, P. and Jensen, A. D., "Oxy-fuel Combustion of Solid Fuels," Prog. Energy Combust. Sci., 36, 581-625(2010). 

  23. Basu, P., Combustion and Gasification in Fluidized Beds, Taylor & Francis(2006). 

  24. Kunii, D. and Lenenspiel, O., Fluidization Engineering, Butterworth-Heinemann(1991). 

  25. Hannes, J. P., Mathematical Modeling of Circulating Fluidized Bed Combustion, Kartographie und Druck Peter List(1996). 

  26. Horio, M., Hydrodynamics of Circulating Fluidized Beds, Circulating Fluidized Bed Technology IV(1997). 

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