• Korean Chemical Engineering Research
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• 제48권1호
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• pp.16-19
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• 2010

질소 분위기의 고온($350{\sim}900^{\circ}C$)의 등온 열중량 분석기를 사용하여 도시 폐기물 폐목재의 탈휘발 특성을 측정 및 고찰하였다. 탈휘발은 온도범위 $250{\sim}350^{\circ}C$에서 주로 발생하였다. 휘발분의 양은 온도가 증가할수록 증가하였으나, $527^{\circ}C$ 이상에서는 일정해졌다. 화학반응 율속의 shrinking particle model로 탈휘발반응을 잘 표현할 수 있었다. 탈휘발 활성화 에너지는 13.1~18.5 kJ/g mol이었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권10호
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• pp.997-1003
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• 2011

본 연구는 낮은 회 성분의 함량과 높은 발열량의 특성을 지닌 초청정 석탄의 탈휘발 반응율 특성을 연구하였다. 정적 상태에서의 탈휘발 반응율 특성을 얻기 위하여 TGA 장치를 $10^{\circ}C$/min으로 $950^{\circ}C$까지 승온시키며 Coats-Redfern 방법을 사용하여 결과를 도출하였고, 동적 상태에서는 DTF(Drop Tube Furnace) 반응로 온도를 각각 $500^{\circ}C$, $700^{\circ}C$, $900^{\circ}C$, $1100^{\circ}C$, $1300^{\circ}C$로 변화시켜서 실험을 수행하였으며 single step 방법을 통해 탈휘발 반응율 특성을 얻었다. 본 연구를 통해 도출한 초청정 석탄의 탈휘발 반응율 특성은 기존에 사용되어온 Wira(아역청탄)과 Yakurugol(역청탄)의 탈휘발 특성과 비교하였으며, 정적 동적 상태에서 초청정 석탄의 활성화 에너지가 다른 탄종들에 비해 작게 나타났다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권5호
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• pp.850-859
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• 2012

목질계 바이오매스의 가스화 및 열분해 공정에서 탈휘발 과정은 매우 중요한 메커니즘 중의 하나이며, 공정 설계 시 반드시 반영되어야 한다. 바이오매스 입자의 탈휘발에 대한 많은 경험식이 존재하지만, 다양한 특성의 바이오매스를 특정 실험조건에서 도출한 경험식에 의존하기는 힘들다. 본 연구는 유동층 가스화 분위기에서의 바이오매스 단일 입자의 탈휘발 과정을 수학적 모델을 통하여 예측하였다. 모델은 다양한 형태의 입자를 구형태로 변환한 뒤, 입자 내부의 drying, shrinkage, heat generation을 고려하여 1차원으로 해석하였다. 또한 탈휘발 과정에 영향을 주는 입자의 크기, 반응온도, 초기 수분함량, 열전달 계수, 반응모델 등 다양한 변수에 대한 변화를 관찰하였다. 탈휘발 완료시간은 입자의 크기가 커질수록, 초기 수분함량이 높을수록 증가하였으며, 반응온도가 높을수록 선형적으로 감소하였다. 또한 외부 열전달 계수가 300 $W/m^2K$ 이상일 경우 큰 변화는 나타나지 않았지만, 입자의 크기가 작을수록 외부 열전달 계수의 영향은 크게 나타났다. 모델 예측값과 문헌의 실험값은 대체로 비슷한 경향을 나타내었으며, 오차 ${\pm}10%$ 이내로 근접하였다.

• 청정기술
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• 제29권4호
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• pp.288-296
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• 2023

세계적으로 석탄은 다른 에너지원에 비해 매장량이 풍부하여 다양한 에너지원으로 사용되고 있다. 기존 석탄 이용 방식에서 발생하는 환경적인 문제를 해결하기 위해 청정 석탄 활용 기술 개발이 이루어지고 있으며 대표적인 기술로 IGCC발전 기술이 있다. IGCC 발전에서 사용되는 석탄은 CMD 공정에서 열풍을 동시에 공급하여 건조, 분쇄가 이루어지고 있으나, 공급되는 열풍의 온도가 너무 높을 경우, 탈휘발, 자연발화 현상이 발생하게 되고 이로 인한 CMD 공정의 안정적인 운전을 저하시킨다. 본 연구에서는 유연탄 9종을 이용하여 탈휘발, 자연발화 개시온도를 측정하고 석탄 특성분석결과와 함께 상관관계를 알아보고자 하였다. 탈휘발 현상의 경우 350 ~ 400 ℃ 사이에서 6종 석탄의 탈휘발이 확인되었고 400 ℃ 이상의 온도에서 3종의 석탄 탈휘발을 확인하였다. 자연발화의 경우 100 ℃ 이하에서 1종의 석탄, 100 ~ 150 ℃ 사이에서 6종의 석탄, 150 ℃ 이상에서 2종 석탄의 자연발화를 확인하였다. 측정한 개시온도를 석탄 분석 결과 중 Oxygen, Moisture, Fe₂O₃, CaO, H/C Ratio, O/C Ratio와 비교하여 상관관계를 확인하였다. 회귀분석으로 각 개시온도의 회귀계수와 결정계수를 계산하였으며, FC/VM 데이터의 52.44%가 탈휘발 개시온도에 대해, Fe₂O₃ 데이터의 59.10%가 자연발화 개시온도에 대해 영향을 주는 것에 대한 유의한 결과를 확인 하였다.

• 한국연소학회지
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• 제17권2호
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• pp.32-39
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• 2012

In this study, pre-processor code based on structural behavior of coal is applied to predict yields, pyrolysis rate and compositions of volatile and char. These parameters are used in the devolatilization and char burnout sub-models as user-defined functions of commercial CFD code. The predicted characteristics of these sub-models are compared with those employing the conventional model based on experiment and validated against the measurement of a 2.1 MW swirling pulverized coal flame in a semi-industrial scale furnace. And the influence of the turbulence-chemistry interaction on pulverized coal combustion is analyzed.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권6호
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• pp.1034-1042
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• 2012

본 연구에서는 다양한 석탄 연구에 적용되고 있는 층류 반응기(LFR)를 이용하여 열분해와 연소 분위기에서 탄종에 따른 화염형상을 분석하였고, 휘발분 함량이 다른 두 석탄의 타르와 수트의 발생률을 구하였으며 이를 촤 입자의 표면적 및 표면 형상 변화와 함께 비교하였다. 본 연구에서 사용된 층류 반응기는 화염형상을 가시적으로 분석하기에 뛰어나므로 석탄이 반응할 때 생성되는 수트 클라우드를 측정하여 그 형상 변화를 근거로 탈휘발의 종료 지점을 가정하였다. 휘발분 함량이 많은 Berau 탄은 Glencore A.P. 탄보다 수트 클라우드의 폭과 길이가 증가하였고, 연소 분위기에서는 촤와 수트의 산화반응에 의하여 열분해 때보다 화염과 수트 클라우드의 길이가 짧아지면서 더 밝은 빛을 내었다. 포집높이 50 mm까지에서는 휘발분 함량이 많은 Berau 탄의 타르와 수트 발생률이 Glencore A.P. 탄보다 작았다. 이는 석탄 연료의 조성 중 Berau 탄내에 상대적으로 높은 산소 성분의 함량과 OH- 같은 라디칼들로 인해 타르가 산화되기 때문이다. 반면에, 50 mm 이후부터는 Berau 탄이 Glencore A.P. 탄보다 더 많은 타르와 수트의 발생률이 나타나며 탄종간에 수트 발생률의 역전현상이 일어나는데 이는 촤 입자 내부의 휘발물질과 탈휘발 과정에서 생성된 화염 속의 잔여 타르 및 light gas 성분이 반응하여 수트를 발생시켰기 때문이다. 이를 통해서 석탄 내의 휘발분의 함량과 산소농도는 수트 클라우드의 길이와 폭에 명확한 영향을 주며, 수트 발생률에 매우 중요한 인자라는 것을 확인할 수 있었다. SEM과 B.E.T.의 결과로부터 탈휘발이 종료된 후에도 촤 입자 내부의 잔존 휘발물들이 분출되면서 타르와 수트가 발생함을 확인할 수 있었고, 각 탄의 휘발분 함량과 기공의 발달 차이를 통해서 100 mm 이후에 나타난 타르와 수트의 발생률 역전 현상을 설명할 수 있었다.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2012년도 제44회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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• pp.217-219
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• 2012

This study describes 3D RANS simulation of a 2.1 MW swirling pulverized coal flame in a semi-industrial scale furnace. The simulation of pulverized coal combustion involves various models for complex physical processes and needs information of pyrolysis rate, the yields and compositions of volatiles and char especially in coal conversion. The coal conversion information can be acquired by the experiment or the pre-processor code. The empirical model based on the experiment of the IFRF and the structural model based on the pre-processor code of the PC-COAL-LAB were evaluated against the measurement data.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2012년도 제44회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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• pp.37-40
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• 2012

In an entrained flow coal gasifier, predicting the reaction behavior of pulverized coal particles requires detailed information on devolatilization, char gasification, gaseous reactions, turbulence and heat transfer. Among the input parameters, the rate of devolatilization and the composition of volatile species are difficult to determine by experiments due to a high pressure (~40 bar) and temperature (${\sim}1500^{\circ}C$). This study investigates the effect of devolatilization models on the reaction and heat transfer characteristics of a 300 MWe Shell coal gasifier. A simplified devolatilization model and advanced model based on Flashchain were evaluated, which had different volatiles composition and devolatilization rates. It was found that the tested models produce similar flow and reaction trends, but the simplified model slightly over-predict the temperature and wall heat flux near the coal inlets.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2014년도 제49회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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• pp.59-62
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• 2014

Predicting coal combustion by computational fluid dynamics (CFD) requires a combination of complicated flow and reaction models for turbulence, radiation, particle flows, heterogeneous combustion, and gaseous reactions. There are various levels of models available for each of the phenomena, but the use of advanced models are significantly restricted in a large-scale boiler due to the computational costs and the balance of accuracy between adopted models. In this study, the influence of coal devolatilization model and turbulent mixing rate was assessed in CFD for a commercial boiler at 500 MWe capacity. For coal devolatilization, two models were compared: i) a simple model assuming single volatile compound based on proximate analysis and ii) advanced model of FLASHCHAIN with multiple volatile species. It was found out that the influence of the model was observed near the flames but the overall gas temperature and heat transfer rate to the boiler were very similar. The devolatilization rate was found not significant since the difference in near-flame temperature became noticeable when it was multiplied by 10 or 0.1. In contrast, the influence of turbulent mixing rate (constant A in the Magnussen model) was found very large. Considering the heat transfer rate and flame temperature, a value of 1.0 was recommended for the rate constant.

• 한국연소학회지
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• 제16권1호
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• pp.8-14
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• 2011

Biomass gasification is a promising technology in terms of clean energy and flexible options for end use such as heat, steam, electricity, gaseous or liquid fuels. In a gasification process, reduction of tar is very important because it can cause any mechanical problems and small tar implies high energy efficiency. However, generation and conversion mechanisms of tar have not been fully understood due to its complex nature. In this study, characteristics of tar generated from different gasification stages were investigated. Korean pine woodchip was used as feedstock and tar was sampled in a separate way during devolatilization and char gasification stage, investigated. As a result. more various kinds of hydro carbon compounds were identified in the devolatilization stage than char gasification stage because primary tar compounds are released mostly from pyrolysis of cellulose and hemicellulose. When the reaction temperature increased up to $900^{\circ}C$, tar composition becomes simplified into about 10 aromatic compounds mostly with 1-4 rings without substitution up to phenanthrene. The sampled tar in the char gasification stage mostly contains 5-7 simple aromatic compounds.