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침식 해석을 이용한 월 블로워 노즐의 성능 예측
Performance Evaluation of Wall Blower Nozzle using Erosion Analysis 원문보기

한국윤활학회지 = Tribology and lubricants, v.34 no.5, 2018년, pp.175 - 182  

백재호 (연세대학교 대학원 기계공학과) ,  장일광 (연세대학교 대학원 기계공학과) ,  장용훈 (연세대학교 대학원 기계공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Accumulation of coal ash at the boiler wall reduces combustion and fuel efficiency. The design of a wall blower is important to effectively remove coal ash. We present numerical results for the removal of coal ash from boiler walls of domestic coal-fired power plants, associated with the computation...

주제어

표/그림 (14)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한 유동 해석의 복잡성 및 노즐 제작 및 실험의 어려움, 실험식 활용의 제한점 등이 이 분야의 연구들을 제한하는 원인이 되었다. 본 연구에서는 노즐을 통해 분사된 유동해석을 기초로 벽면에 미치는 침식의 영향을 고려한 순차적(sequential) CFD/침식 해석을 통해 침식양을 예측하여 해석 모델을 개선하고 결과의 신뢰도를 높이고자 하였다.
  • 본 연구에서는 월 블로워 노즐의 형상 설계 변수의 값이 보일러 벽면의 제매에 미치는 영향을 분석하기 위하여 CFD 침식 해석을 수행하였다. 그 결과 침식률 밀도의 거리에 따른 누적량, 최대 침식량, 작동거리, 침식률 표준편차를 이용해 월 블로어 노즐의 형상 조건에 따른 침식률 정도를 파악하여 노즐의 성능을 예측할 수 있었다.
  • 월 블로워 내부 분사각과 노즐각의 각도 변화에 따른 분사영역(벽면)에서 스팀에 의한 부착물 제거 성능을 평가하기 위한 연구를 수행하였다. 일반적으로, 부착물 제거양은 침식률에 의한 영향이 크다[6].
  • 그러나 실제 발전소에서는 과도한 회분제거로 인해 보일러 내부에 손상이 일어날 수 있으므로 국부적인 최대 회분제매량보다는 넓은 면적에서 고르게 회분이 제거되는 것을 선호하고 있다. 이러한 회분제매 성능을 만족할 수 있는 가능성을 개별적으로 그리고 복합인자들을 고려하여 살펴보고자 한다. 따라서 본 연구에서는 분사 영역에서 입자 충돌로 인한 벽의 회분이 제거되는 현상(침식량)을측정하기 위해 침식률 밀도를 이용하였다.

가설 설정

  • 값이 결정이 된다. 본 해석에서는 보일러 벽의 재료를 Hardened steel로 가정하였고, V0 = 3321 m/s을 사용하였다. 따라서 식 (1)은 다음과 같이 변형된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
블로잉은 무엇에 따라 제매 성능이 달라지는가 월 블로어(wall blower)는 제매기의 종류 중 하나로 고온, 고압의 스팀을 분사하여 보일러 벽면이나 배관에 붙어있는 회분을 제거하는 장치이다. 블로잉(blowing)은 블로워의 노즐 형상에 따라서 제매 성능이 달라지기 때문에 상황에 맞는 적절한 노즐의 설계가 중요 하다.
저품위탄의 특징은? 국내 석탄화력발전소의 발전 효율 개선과 단가 절감 정책에 따라 저품위탄의 사용이 확대되고 있다. 저품위탄은 발열량과 탄소 함량이 낮아서 상대적으로 회분량이 많은 것이 특징이다. 이러한 회분이 보일러 내부에 퇴적되어 보일러의 연소 효율과 연료 효율에 저하를 가져온다[1].
저품위탄의 회분이 야기하는 효과는? 저품위탄은 발열량과 탄소 함량이 낮아서 상대적으로 회분량이 많은 것이 특징이다. 이러한 회분이 보일러 내부에 퇴적되어 보일러의 연소 효율과 연료 효율에 저하를 가져온다[1].
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참고문헌 (14)

  1. Barrett, R. E., Tuckfield, R. C., "Slagging and fouling in pulverized-coal-fired utility boilers: Vol.2, A survey of boiler design practices for avoiding slagging and fouling", EPRI Final Report RP, pp.1891-1, 1979. 

  2. Isreb, M., "Integrated life synthesis for boiler sootblowers in fossil power plants", Comput. Struct., Vol. 63, No. 6, pp. 1043-1051, 1997. 

  3. Pophali, A., Emami, B., Bussmann, M., Tran, H., "Studies on sootblower jet dynamics and ash deposit removal in industrial boilers", Fuel Process. Technol., Vol. 105, pp. 69-76, 2013. 

  4. Shi, Y., Wang, J., Liu, Z., "On-line monitoring of ash fouling and soot-blowing optimization for convective heat exchanger in coal-fired power plant boiler", Appl. Therm. Eng., Vol. 78, pp. 39-50, 2015. 

  5. Jang, I., Kim, J. H., Jang, Y. H., "Optimization of Nozzle Shape Parameters for Wall-blower", Proc. of KSPE 2015 Fall Conference, pp. 331, 2017. 

  6. Zbogar, A., Frandsen, F., Jensen, P. A., P. Glarborg, "Shedding of ash deposits," Prog. Energy Combust. Sci., Vol. 35, No. 1, pp. 31-56, 2009. 

  7. Ha, M. W., Lee, K. H., An, J. W., Lee, C. H., "Wear characteristics for rod and nozzle of jetting dispenser driven by dual piezoelectric actuators under high frequency with phosphor-containing liquid", J. Korean Soc. Tribol. Lubr., Vol. 33, No. 2, pp. 25-58, 2017. 

  8. ANSYS CFX Solver Theory Guide, Release 13, ANSYS, Inc., Southpointe, 275 Technology Drive, Canonsburg, PA 15317, 2010. 

  9. Jang, I., Paek, J. H., Jang, Y. H., "Performance estimation of adjustable wall blower according to the entering distance of nozzle", J. Korean Soc. Precis. Eng., Vol. 35, No. 5, pp. 531-536, 2018. 

  10. Finnie, I., "Some observations on the erosion of ductile metals", Wear., Vol. 19 No.1, pp. 81-90, 1972. 

  11. Song, X. G., Park, J. H., Kim, S. G., & Park, Y. C., "Performance comparison and erosion prediction of jet pumps by using a numerical method", Mathematical and Computer Modelling., Vol. 57, No. 1-2, pp. 245-253, 2013. 

  12. Grant, G., Tabakoff, W., "Erosion prediction in turbomachinery resulting from environmental solid particles", J. Aircr. Vol. 12, No. 5, pp. 471-478, 1975. 

  13. Hutchings, I.M., "Mechanical and metallurgical aspects of the erosion of metals," Proc. NACE Conference on Corrosion-Erosion of Coal Conversion System Materials "Erosion: prevention and useful applications", Berkeley, CA, USA, January 1979. 

  14. Bierens, H. J., Topics in advanced econometrics: Estimation, testing, and specification of cross-section and time series models, Chap. 10, pp. 212-247, Cambridge University Press., New York, USA, 1994. (ISBN 0-521-41900-x) 

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