초록 ▼

배기가스로부터 폐열을 회수하는 열교환기 내에 고체입자를 유동시켜 열전달을 촉진시키면서 벽면에 부착된 오염을 제거하는 등 효율 및 수명이 획기적으로 향상되는 유동층 열교환기를 개발하여 열교환기의 수명을 연장시키고 에너지를 절약하는데 기여함.
1. 1차년도 연구내용 : 단일상승관식 순환유동층 열교환기 설계 및 성능시험
가. Cold Flow 모델 실험을 통한 배플판이 없는 입자순환시스템 특성 확인
나. 열교환기 모델에 대한 열해석 및 유동해석 수행
다. 모의가스에 의한 오염시험장치 제작 및 오염시험 수행 <

배기가스로부터 폐열을 회수하는 열교환기 내에 고체입자를 유동시켜 열전달을 촉진시키면서 벽면에 부착된 오염을 제거하는 등 효율 및 수명이 획기적으로 향상되는 유동층 열교환기를 개발하여 열교환기의 수명을 연장시키고 에너지를 절약하는데 기여함.
1. 1차년도 연구내용 : 단일상승관식 순환유동층 열교환기 설계 및 성능시험
가. Cold Flow 모델 실험을 통한 배플판이 없는 입자순환시스템 특성 확인
나. 열교환기 모델에 대한 열해석 및 유동해석 수행
다. 모의가스에 의한 오염시험장치 제작 및 오염시험 수행
라. 배플판이 없는 입자순환식 열교환기 설계 및 제작
마. 오염측정관을 통한 오염상태 및 청소상태 확인시험 수행
바. 열교환기 고온 열성능 향상실험 및 성능해석 수행
사. 열교환기 오염시 및 입자순환시 성능확인 시험 수행
아. 오염계수 도출
자. 마모실험장치 제작 및 마모특성 기초실험 수행
2. 2차년도 연구내용 : 다관형 순환유동층 열교환기 설계 및 성능시험
가. 배플판이 없는 입자순환식 열교환기 설계 및 제작(다관형)
나. 열교환기 오염시 및 입자순환시 성능확인 시험 수행
다. 입자에 따른 마모특성 기초실험 수행
1. 전열성능 증대, 오염저감 및 압력손실의 최소화를 동시에 실현가능한 설계개념을 제안 및 적용하여 단일관의 경우 입자주입을 통하여 가스측 전열해석 결과 대수평균 온도차(LMTD)에 기초한 총괄열전달계수 35%를 실현함을 실험적으로 입증. <대한설비공학회 2001동계학술발표대회 논문발표>
2. 상기 단일관 열교환기의 경우 오염 및 오염청소시험을 통하여 오염상태 대비 2배의 전열성능을 얻을 수 있음을 실험적으로 입증하였음. <대한설비공학회 2002하계학술발표대회 논문발표>
3. 입자순환을 위해 지금까지 사용해 오던 배플판 대신 원주 주입식 순환방식을 세계최초로 적용하여 획기적인 압력손실 저감을 실현하였음. (본 연구를 통한 실험의 경우 배플판 사용시의 1/8 수준)
4. 전열성능 및 입자순환의 최적화를 위한 설계개념을 제안하였음. <제2회 한국유체공학학술대회 논문발표, 2002. 8>
5. 2차년도에는 실용화를 전제로 한 다관형 열교환기를 설계, 제작 및 성능실험을 수행하였으며, 전열성능 및 오염시험을 수행하였음. 다관형의 경우에는 입자순환에 따른 압력불균형으로 인하여 운전조건에 따라 불안정한 운전상태가 야기될 수 있으므로 이에 대한 추가적인 설계상의 고려가 필요함.

Abstract ▼

For efficient heat recovery from flue gases with ash particles, circulating fluidized bed type heat exchanger is to be investigated. Through the present research small-scale heat exchangers with unique fluidizing mechanism are designed, manufactured and tested. Heat transfer performance including fo

For efficient heat recovery from flue gases with ash particles, circulating fluidized bed type heat exchanger is to be investigated. Through the present research small-scale heat exchangers with unique fluidizing mechanism are designed, manufactured and tested. Heat transfer performance including fouling factor is evaluated for both single and multiple riser systems.
1. Year 1 : Design and performance tests of a small scale circulating fluidized bed heat exchanger (singe riser)
a. Cold flow model test to check smooth particles circulation inside the system.
b. Thermal and flow analyses for the small scale heat exchanger model
c. Fouling test with simulated flue gas
d. Heat exchanger design & manufacturing
e. Monitoring of fouling on the specimens
f. Heat transfer performance test and analyses (obtained overall heat transfer coefficient and fouling factor)
g. Erosion test equipment setup and evaluation
2. Year 2 : Design and performance tests of a small scale circulating fluidized bed heat exchanger (multiple riser)
a. Design and manufacturing of multi-tube-type C.F.B. heat exchanger
b. Heat transfer performance tests(with & w/o particles; before & after fouling)
c. Erosion tests for different type of particles.
1. Demonstrated increased heat transfer performance in terms of the overall heat transfer coefficient (gas side) upto 35% by introducing particles into the single riser system.
2. Demonstrated increased heat transfer performance in terms of the overall heat transfer coefficient (gas side) upto 100% by introducing particles compared to that obtained in the fouled condition with particles.
3. Proposed for the first time a unique fluidizing method other than using baffle plates, which reduced the system pressure drop down to 1/8 compared to the conventional system using baffle plates in terms of minor loss coefficient, K.
4. Proposed optimal design methods to maximize the heat transfer enhancement by combining the heat transfer theory and particle dynamics which help sizing heat transfer unit and selecting particle sizes.
5. In the 2nd year, multi-riser heat exchanger system is designed and manufactured, with which all the related performance tests are performed. Through the present study, it was found that stable operating conditions are restricted with multi-riser system due to the pressure imbalance through each riser when particls are introduced. Careful counter measures needs to be sought.

목차 Contents

• I. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문...3
• II. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문...4
• 2. 영문요약문...5
• III. 연구내용...6
• 1. 서론...6
• 2. 연구방법 및 이론...12
• 3. 결과 및 고찰...69
• 4. 결론...85
• 5. 인용문헌...87