$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

미분탄 입자의 고속가열 열분해거동 해석
Pyrolysis Behavior of Pulverized Coal Particles at High Heating Rate 원문보기

한국수소 및 신에너지학회 논문집 = Transactions of the Korean Hydrogen and New Energy Society, v.30 no.3, 2019년, pp.260 - 268  

장지훈 (한전 전력연구원) ,  한가람 (한전 전력연구원) ,  유근실 (한전 전력연구원) ,  임현수 (한전 전력연구원) ,  이욱륜 (한전 전력연구원) ,  박호영 (한전 전력연구원)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The pyrolysis characteristics of pulverized coal particle was numerically analyzed with the drop tube furnace. Based on the simulated gas flow field in the drop tube furnace, the particle velocity, temperature and volatile evolution were calculated with the fourth order Runge-Kutta method. The effec...

주제어

표/그림 (12)

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 연구에서는 분류층 반응기(drop tube furnace) 반응관 내에서의 미분탄 입자의 가열특성 및 유동특성, 열분해 특성에 대한 해석을 수행하였다. DTF 반응관내 가스 유동해석 결과를 바탕으로 입자의 열분해시 입자 온도 및 속도, 탈휘발화 특성에 대한 지배방정식을 유도하고 이를 4차 Runge-Kutta 방법으로 계산하여 반응관 벽온도 및 입자 크기에 따른 미분탄 입자의 열분해 특성을 고찰하였다.

가설 설정

  • 미분탄 입자가 105-106℃/s의 급속 열분해시 방출되는 휘발분량은 공업분석치 휘발분량보다 최대 50%까지 증가하는 것으로 알려져 있다28,30). 본 연구에서는 Badzioch과 Hawksley28)의 데이터를 바탕으로 최대로 방출되는 휘발분(V*)은 공업분석치의 1.4배로 가정하였다. Figs.
  • 완전 확립되어지는 길이(entry length)는 관내 층류 유동의 경우와 비슷하다. 이 조건하에서 미분탄 입자가 반응관 중심축 상을 흐른다는 가정하에 중심축 가스 속도(Vg)와 온도(Tg)를 사용하여 DTF 반응관내 입자의 열분해시 운동방정식과 에너지방정식 계산시에 사용하였다.
  • 3 X 1014s-1,E/R = 27,678K-1)을 사용하였다23). 탈휘발화시 석탄입자의 직경이 10% 증가한다고 가정하였고, 이때의 직경증가를 휘발분 방출비율의 함수로 나타내었다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
DTF 실험장치는 어떤 과정을 통해서 작동되는가? DTF 실험장치는 고온(1,500℃ 이상)에서의 운전이 가능하고 다른 체류시간을 갖도록 설계되어 입자의 온도와 크기, 체류시간, 생성가스 조성 등을 측정하여 미분탄의 연소 및 가스화 시의 반응성 평가를 위한 실험 데이터를 획득할 수 있는 장치이다. 일반적으로 DTF는 수직 반응관으로 구성되어 있고, 그 속을 층류유동이 흘러간다. 반응입자를 이송시키는 1차 유동과 미리 예열된 2차 유동이 반응기 입구를 통해 반응관으로 유입된다. 1차 유동은 인젝션 프로브(Injection probe)를 통해 반응관의 중앙으로 유입되며, 분위기가스의 대부분을 차지하는 2차 유동은 반응관과 인젝션 프로브 사이의 환형구(annulus)를 통해 반응관으로 유입된다. 인젝션 프로브를 빠져나온 입자들은 주위 가스들과 반응하면서 반응관의 축 을 따라 흘러간다. 반응기 출구에 있는 컬렉션 프로브(collection probe)에 입자가 샘플링됨으로써 입자의 반응은 종결된다. 입자의 체류시간을 변화시키기 위해, 인젝션 프로브 혹은 컬렉션 프로브의 상하이동이 가능하다. 반응관의 가열과 2차 유동의 예열은 주로 전기히터를 이용한다.
DTF 실험장치는 무엇인가? DTF 실험장치는 고온(1,500℃ 이상)에서의 운전이 가능하고 다른 체류시간을 갖도록 설계되어 입자의 온도와 크기, 체류시간, 생성가스 조성 등을 측정하여 미분탄의 연소 및 가스화 시의 반응성 평가를 위한 실험 데이터를 획득할 수 있는 장치이다. 일반적으로 DTF는 수직 반응관으로 구성되어 있고, 그 속을 층류유동이 흘러간다.
FFB의 장단점은 무엇인가? 미분탄의 연소 및 가스화시 열분해 실험은 분류층 반응장치(drop tube furnace, DTF)를 비롯한 flat flame burner (FFB), thermo-gravimetric analyzer (TGA), heated grid, shock tube 등의 다양한 실험장치에서 수행되어 왔다. FFB는 실제 미분탄의 연소 조건을 가깝게 모사할 수 있지만, 가스의 온도를 넓은 범위에 걸쳐 조절할 수 없고, 등온 가스 온도분포를 얻는 것이 어렵다1-4). Heated grid와 TGA는 입자의 고정층과 관련된 낮은 가열률과 층 내에서의 확산과정들로 인해 고온의 산화실험에는 적합하지 않다5-10).
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (31)

  1. L. D. Smoot and M. D. Horton, "Propagation of laminar pulverised coal-air flames", Progress in Energy and Combustion Science, Vol. 3, No. 4, 1977, pp. 235-258, doi: https://doi.org/10.1016/0360-1285(77)90014-4. 

  2. R. E Peck, R. A. Altenkirch, and K. C. Midkiff, "Fuel-Nitrogen Transformation in One -Dimensional Coal-Dust Flames", Combustion and Flame, Vol. 55, No. 3, 1984, pp. 331-340, doi: https://doi.org/10.1016/0010-2180(84)90172-X. 

  3. J. Ma, T. H. Fletcher, and B. W. Webb, "Conversion of coal tar to soot during coal pyrolysis in a post-flame environment", Symposium (International) on Combustion, Vol. 26, No. 2, 1996, pp. 3161-3167, doi: https://doi.org/10.1016/S0082-0784(96)80161-5. 

  4. D. Bradley, M. Lawes, M. J. Scott, and N. Usta, "The Structure of coal-air- $CH_4$ Laminar flames in a low-pressure burner: CARS measurements and modeling studies", Combustion and Flame, Vol. 124, No. 1-2, 2001, pp. 82-105, doi: https://doi.org/10.1016/S0010-2180(00)00186-3. 

  5. D. W. Van Krevelen, C. Van Heerden, and F. J. Huntjens, "Physiochemical aspects of the pyrolysis of coal and related organic compounds", Fuel, Vol. 30, No. 11, 1951, pp. 253-259. 

  6. D. B. Anthony, J. B. Howard, H. C. Hottel, and H. P. Meissener, "Rapid devolatilization of pulverized coal", Symposium (International) on Combustion, Vol. 15, No. 1, 1974, pp. 1303-1317, doi: https://doi.org/10.1016/S0082-0784(75)80392-4. 

  7. H. Juntgen and K. H. Van Heek, "An update of german non-isothermal coal pyrolysis work", Fuel Processing Technology, Vol. 2, No. 4, 1979, pp. 261-293, doi: https://doi.org/10.1016/0378-3820(79)90018-3. 

  8. S. Niksa, L. E. Heyd, W. B. Russel, and D. A. Saville, "On the role of heating rate in rapid coal devolatilization", Symposium (International) on Combustion, Vol. 20, No. 1, 1985, pp. 1445-1453, doi: https://doi.org/10.1016/S0082-0784(85)80637-8. 

  9. M. A. Serio, D. G. Hamblen, J. R. Markham, and P. R. Solomom, "Kinetics of volatile product evolution in coal pyrolysis: experiment and theory", Energy Fuels, Vol. 1, No. 2, 1987, pp. 138-152, doi: https://doi.org/10.1021/ef00002a002. 

  10. G. R. Johnson, P. Murdoch, and A. Williams, "A Study of the Mechanism of the Rapid Pyrolysis of Single Particles of Coal", Fuel, Vol. 67, N. 6, 1989, pp. 834-842, doi: https://doi.org/10.1016/0016-2361(88)90159-7. 

  11. C. Park and J. P. Appleton, "Shock-tube measurement of soot oxidation rates", Combustion and Flame, Vol. 20, No. 3, 1973, pp. 369-379, doi: https://doi.org/10.1016/0010-2180(73)90029-1. 

  12. M. A. Nettleton and R. Stirling, "The influence of additives on the burning of clouds of coal particles in shocked gases", Combustion and Flame, Vol. 22, No. 3, 1974, pp. 407-414, doi: https://doi.org/10.1016/0010-2180(74)90054-6. 

  13. K. R. Doolan and J. C. Mackie, "Kinetics of rapid pyrolysis of a calcium-exchanged brown coal and of a calcium model compound", Symposium (International) on Combustion, Vol. 20, No. 1, 1985, pp. 1463-1469, doi: https://doi.org/10.1016/S0082-0784(85)80639-1. 

  14. H. Kobayashi, J. B. Howard, and A. F. Sarofim, "Coal devolatilization at high temperatures", Symposium (International) on Combustion, Vol. 16, No. 1, 1977, pp. 411-425, doi: https://doi.org/10.1016/S0082-0784(77)80341-X. 

  15. E. M. Suuberg, W. A. Peters, and J. B. Howard, "Product Compositions and Formation Kinetics in Rapid Pyrolysis of Pulverised Coal Implications for Combustion", Symposium (International) on Combustion, Vol. 17, No. 1, 1979, pp. 117-130, doi: https://doi.org/10.1016/S0082-0784(79)80015-6. 

  16. A. W. Scaroni, P. L Walker Jr, and R. H. Essenhigh, "Kinetics of lignite pyrolysis in an entrained-flow, isothermal furnace", Fuel, Vol. 60, No 1, 1981, pp. 71-76, doi: https://doi.org/10.1016/0016-2361(81)90035-1. 

  17. L. D. Tomothy, A. F. Sarofim, and J. M. Beer, "Characteristics of single particle coal combustion", Symposium (International) on Combustion, Vol. 19, No. 1, 1982, pp. 1123-1130, doi: https://doi.org/10.1016/S0082-0784(82)80288-9. 

  18. P. R. Solomon, M.A. Serio, R.M. Carangelo, and J.R. Markham, "Very rapid coal pyrolysis", Fuel, Vol65, 1986, pp. 182-190, doi: https://doi.org/10.1016/0016-2361(86)90005-0. 

  19. B. C. Young, D. P. McCollar, B. J. Webeer, and M. L. Jones, "Temperature measurement of buelah char in a novel laminar flow reactor", Fuel, Vol. 67, No. 1, 1988, pp. 40-44, doi: https://doi.org/10.1016/0016-2361(88)90010-5. 

  20. J. D. Freihaut, W. M. Procia, and D. J. Seery, "Chemical characteristics of tars produced in a novel low-severity, entrained-flow reactor", Energy Fuels, Vol. 3, No. 6, 1989, pp. 692-703, doi: https://doi.org/10.1021/ef00018a006. 

  21. C. R. Monson, "Char oxidation at elevated pressure", Phd thesis, Brigham Young University, 1992. 

  22. P. R. Solomon, M. A. Serio, and E. M. Suuberg, "Coal Pyrolysis: Experiments, Kinetic Rates and Mechanisms", Progress in Energy and Combustion Science, Vol. 18, No. 2, 1992, pp. 133-220, doi: https://doi.org/10.1016/0360-1285(92)90021-R. 

  23. T. H. Fletcher, "Time-resolved temperature measurements of individual coal particles during devolatilization", Combust. Sci. and Tech., Vol. 63, No. 1-3, 1989, pp. 89-105, doi: https://doi.org/10.1080/00102208908947120. 

  24. T. H. Fletcher, "Time-resolved particle temperature and mass loss measurements of bituminous coal during devolatilization", Combustion and Flame, Vol. 78, No. 2, 1989, pp. 223-236, doi: https://doi.org/10.1016/0010-2180(89)90127-2. 

  25. R. J. Flaxman and W. L. H. Hallett, "Flow and particle heating in an entrained flow reactor", Fuel, Vol. 66, No 5, 1987, pp. 607-611, doi: https://doi.org/10.1016/0016-2361(87)90266-3. 

  26. H. Y. Park, D. H. Park, Y. S. Shin, and G. K. Jeong, "Characterization of Particle Heating in Pressurized Drop Tube Furnace", The Korean Society for Energy, Korea, 1996, p. 129. 

  27. S. V. Patankar, "Numerical heat transfer and fluid flow", McGraw-Hill, USA, 1979. 

  28. S. Badzioch and P. G. W. Hawksley, "Kinetics of thermal decomposition of pulverised coal particles", Ind. Eng. Chem. Proc. Des. Dev., Vol. 9, No. 4, 1970, pp. 521-530, doi: https://doi.org/10.1021/i260036a005. 

  29. D. Merrick, "Mathematical Models of the Thermal Decomposition of Coal 1. Evolution of volatile matter", Fuel, Vol. 62, No. 5, 1983, pp. 534-539, doi: https://doi.org/10.1016/0016-2361(83)90222-3. 

  30. S. D. Kim, "Coal energy conversion technology", Minumsa, Korea, 1986. 

  31. J. H. Jang, G. R. Han, G. S. Yoo, W. R. Lee, H. S. Lim, and H. Y. Park, "Numerical and experimental studies on devolatilizaton behavior of pulverized coal in a drop tube furnace", J. Korean Soc. Combust., Vol. 24, No. 2, 2019, pp. 34-40. 

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

오픈액세스(OA) 유형

FREE

Free Access. 출판사/학술단체 등이 허락한 무료 공개 사이트를 통해 자유로운 이용이 가능한 논문

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

저작권 관리 안내
섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로