Various coals from many countries around the world have been used for pulverized coal boiler in power plants in Korea. In this study, the gasification reactivities of various coal chars with $CO_2$ were investigated. Carbon conversion was measured using a real time gas analyzer with NDIR CO/$CO_2$ sensor. In a lab scale furnace, each coal sample was devolatilized at $950^{\circ}C$ in nitrogen atmosphere and became coal char and then further heated up to reach to a desired temperature. Each char was then gasified with $CO_2$ under isothermal conditions. The reactivities of coal chars were investigated at different temperatures. The shrinking core model (SCM) and volume reaction model(VRM) were used to interpret the experiment data. It was found that the SCM and VRM could describe well the experimental results within the carbon conversion of 0-0.98. The gasification rates for various coals were very different. The gasification rate for any coal increased as the volatile matter content increased.
본 연구의 목적은 석탄 입자 연소 시 공기 다단 연소 적용에 따른 UBC(Unburned Carbon) 및 질소 산화물(NOx) 배출 특성을 분석하는 것이다. 이를 위해 공기 다단 연소가 가능한 2단 하향 분류층 반응기(Two Staged Drop Tube Furnace, Two Staged DTF)를 설계 및 제작하였다. 아역청탄(Tanito)의 단일 및 다단 연소 실험을 진행하여 UBC 및 NOx 배출 특성을 분석하였다. 그 결과, 단일 연소 조건에서 온도 및 공기비가 증가함에 따라서 UBC 함량이 감소했지만 NOx의 농도는 증가했다. 특히 과농 연료 연소 영역에서 NOx 저감 반응이 일어났으며, 이때 반응 온도가 증가할수록 NOx 저감 반응이 활성화 될 뿐아니라 UBC는 감소되었다. 공기 다단 연소 실험의 경우 석탄 입자의 UBC 증가량에 비해 높은 NOx 저감 효과를 얻을 수 있었다.
Coal ash is a by-product of the combustion of pulverized coal, and much of this is dumped in landfills. The disposal of coal ash is one of the major issues for environmental problems. In this paper, the effects of the kinds and replacement ratio of coal ash on the durabilities of concrete mixtures are investigated. Fine aggregate was replaced with coal ash(fly ash and bottom ash) in five different ratios, of 0%, 10%, 20%, 35%, and 50% by volume. Test results indicated that the compressive strength increased with the increase in fly ash percentage. The loss of compressive strength of bottom ash concrete mixes after immersion in sulphuric acid solution was less than in the control mix(BA0). In addition, the carbonation depth of fly ash concrete mixes was lower than the control mix(FA0).
Spontaneous combustion propensity of various coals of carbonization grade as a pulverized fuel of coal-fired power plant has been tested from an initial temperature of $25^{\circ}C$ to $600^{\circ}C$ by heating in an oven with air to analyze the self-oxidation starting temperature. These tests produce CPT (Cross Point Temperature), IT (Ignition temperature), and CPS (Cross Point Slope) calculated as the slope of time taken for a rapid exothermic oxidation reaction at CPT base. CPS shows a carbonization rank dependence whereby wood pellet has the highest propensity to spontaneous combustion of $20.995^{\circ}C/min$. A sub-bituminous KIDECO coal shows a CPS value of $15.370^{\circ}C/min$, whereas pet coke has the highest carbonization rank at $2.950^{\circ}C/min$. The nature of this trend is most likely attributable to a concentration of volatile matter and oxygen functional groups of coal surface that governs the available component for oxidation, as well as surface area of fuel char, and constant pressure molar heat.
The pulverized coal combustion behavior in the coal fired utility boiler has been investigated with the CFD and process analysis techniques. The used commercial software were CFX and PROATES, and these were coupled each other to get more reliable boundary condition set-up, resulting in more reliable solution. For two cases which were the actual operation condition of A power plant, the calculated values from the coupled CFD and process analysis for thermal energy system were compared with the plant data, and the good agreements were obtained for Case 1 and 2. The calculated temperature distributions on the surface of heat exchangers were compared with the plant data for the steam temperatures across heat exchangers, and these explained the actual operating situation very well. The temperature deviation across the final superheater tube, which was believed to be the main cause of the frequent tube failure, were also explained very well with the calculated distributions of gas temperature and radiation on the plane of the final superheater.
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.
Han, Shuai-shuai;Li, Su-qin;Yang, Rui-ming;Yang, Chang-qiao;Xing, Yi
한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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제21권2호
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pp.26-30
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2019
Coal is the most abundant fossil fuel on Earth and is used in a wide range of applications. The direct combustion of high-sulfur coal produces a large amount of sulfur dioxide, which is a toxic and corrosive gas. A new superconducting high gradient magnetic separation (HGMS) technology was studied to remove sulfur from high sulfur coal. The magnetic separation concentrate was obtained under the optimum parameters, such as a particle size of -200 mesh, a magnetic field strength of 2.0 T, a slurry concentration of 15 g/L, and a slurry flow rate of 600 ml/min. The removal rate of sulfur is up to 59.9%. The method uses a magnetic field to remove sulfur-containing magnetic material from a pulverized coal solution. It is simple process with, high efficiency, and is a new way.
하수슬러지의 열화학적 처리는 수분을 제거하여 연료로 사용되는 하수슬러지의 수분 함량을 낮추어 주는 기술이다. 열화학적 처리된 하수슬러지는 열량이 높아지기 때문에 에너지 집약적 과정이라고 할 수 있다. 이러한 공정 중에 소비되는 에너지를 절약하기 위해 하수슬러지의 수열 탄화 공정을 사용하였다. 수열탄화 공정은 하수슬러지를 사전 건조 없이 깨끗한 고체연료로 전환할 수 있다. 본 연구는 수열탄화 하수슬러지와 미분탄 연소 시스템의 혼소 특성을 조사하는 것을 목적으로 한다. 혼소 시 생성되는 유해물질 및 연소 효율의 변화를 측정하는 것을 목적으로 한다. 본 연구에 사용 된 연소 시스템은 $80kW_{th}$급 연소로로서 1기의 선회류 버너가 장착되어 있다. 두 가지의 석탄을 주 연료로 사용하였고, 하수슬러지의 혼소율은 열량 기준 0% ~ 10%까지 진행하였다. 실험 결과 $NO_x$는 400 ~ 600 ppm, $SO_x$는 600 ~ 700 ppm 사이를 유지하였고, CO는 100 ppm 전후로 일정하게 유지되어 안정적인 연소를 확인할 수 있었다. 하수슬러지를 혼소할 경우, 혼소율이 증가할수록 $NO_x$와 $SO_x$의 배출량도 증가하였으나 그 편차가 크지 않았다. 연소 배가스에 포함된 오염 물질 배출은 혼소 비율 보다 주 연료인 석탄의 조성에 의해 크게 영향을 받는 것으로 밝혀졌다.
토양개량방법의 하나로서 다공성 소성 과립체를 토양에 사용하는 방법을 적용하고자 하였다. 석탄폐석을 토양개량제의 원료로 사용하면 자열소성방법에 의해 저비용으로 과립체를 생산할 수 있고, 더불어 국내에 대량으로 적치되어 있는 석탄폐석을 활용할 수 있는 방안도 될 것임을 착안하여, 석탄폐석을 분쇄, 과립하고 자열소성방법으로 소성하여 과립(pellet)을 제조한 후 이의 다공체로서의 특성과 수분보유특성, pH등을 확인하였다. 고정탄소량이 약 28%인 시료 HCR을 고령토와 1:4의 무게비(20%)로 혼합하여 제조한 과립과 고정탄소가 약 9.66%인 LCR시료만을 사용한 과립을 자열소성한 결과, 별도의 가열에너지의 공급 없이 최대온도 $1200^{\circ}C$ 이하에서 연속적인 소성이 가능하였다. 이렇게제조한 과립체를 고령토만 사용하여 제조한 일반 소성 점토과립과 비교하였을 때 평균공극의 크기가 커졌음이 확인되었다. 이렇게 변화된 공극의 특성으로 인해 HCR과 LCR 과립의 내부에 흡수된 수분이 kaolin 과립에 비해 더 낮은 potential에서 방출되었고, 식물이 더 이용하기 쉬운 상태로 수분이 보유됨을 확인하였다. 그리고 자열소성한 과립은 kaolin 과립에 비해 높은 포장용수량과 유효수분의 값을 나타내었다. 포장용수량은 HCR과 LCR 과립이 각각 47.64, 38.43mL/100g값을 나타내었고, 유효수분의 양은 각각 38.39과 28.49mL/100g으로 나타났다. 자열소성한 과립의 pH는 6~8로서 토양에 활용이 가능함을 확인하였다.
Coal-burning utilities are facing a major NOx control compliance challenge due to the heavy emission regulation. In response to this challenge, some applicative technologies to effectively reduce NOx are developed and applied in the pulverized coal power plants. One of these is low NOx burner(LNB) equipped with multi-staged air register. In this study, NOx emission rate and flame shapes are investigated with secondary and tertiary air flow conditions in air staged coal burner, and the optimal windows of flow conditions to minimize NOx emission rate are found out. The test conditions treated in this study are the flow rate, swirl direction and intensity and throat injection velocity of secondary and tertiary air.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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