고정층과 유동층의 고찰

목차

1. 고정층과 유동층의 정의

2. Ergun equation

3. 유동화 조건

4. Sphericity ＆Void fraction

5. 유동층 연소

6. 난류 유동층과 고속 유동층

7. 난류 유동층에서 고속 유동층으로의 전이

본문내용

층에 투입된 석탄은 비활성 층물질과 혼합되어 연소된다. 연소 후 굵은 회분은 층하부 혹은 분산판에 설치된 하부 회 배출구로 유출된다. 유동층 내 비활성 고체량은 주입된 석탄의 노 내 체류시간, 층 내 전열면적의 배치 등과 관련되어 결정되며, 상압유동층에서 고정층 높이는 보통 1m이하이다. 입도가 작은 석탄 혹은 미연탄소가 포함된 작은 입도의 층 내 고체는 유동화 기체에 의해서 비말동반되어 유출된다.
유출되는 고체 중에는 미연탄소가 다량 포함되어 있기 때문에 이를 재연소하지 않으면 연소효율이 크게 저하된다. 그러므로 사이클론에서 포집된 입자는 연소로내로 재순환되거나 별도의 연소실인 CBC(carbon burnup cell)에서 재연소된다. 상용보일러에서는 전자를 주로 사용한다. 열추출을 위해서 연소로 내에 설치된 전열면은,고체층 혹은 프리보드에 삽입된, 다발로 이루어진 수평 혹은 수직 전열관들과 수직전열관으로 만들어진 연소로벽으로 구성된다. 전열관 내에는 물-증기 혼합물이 증기드럼과 연소로 사이를 순환한다.
난류 유동층과 고속 유동층
난류 유동층과 고속 유동층 영역은 아주 빠른 유속의 유동층 영역이다. 기포영역과 난류 영역을 구별하는데 두가지 정의가 사용된다.
첫째는 Uc, 압력요동(pressure fluctuation)의 표준편차가 최대값을 보일때의 공탑기체 유속으로 이 때 난류영역이 시작된다고 본다.
Uc는 기포들이 합쳐지고 깨지는 것이 상호 균형을 이루게 되는 조건을 반영한다고 보며, 만약 유속이 더 커지면 기포 깨짐이 지배적으로 된다. 그러나 연구자들에 따라 실험결과가 다른 경향이 있는데, 이는 주로 측정방법, 신호해석방법, 측정위치 그리고 입자크기 분포가 다름에 기인한다. 차압변동 데이터가 선호되고 있으며 Bi and Grace(1995)가 제시한바는 :
기포 유동층에서 난류 유동층으로 변화를 나타내는 두 번째 정의는 Uk에 의거한다.
Uk는 U의 증가에 따라 압력요동의 root-mean-square 표준편차가 하강하기 시작할때의 공탑기체 유속이다. 최근 실험결과가 제시하는 바는 Uk가 항상 결정할 수 있는 인자는 아니며 측정방법, 입자의 순환구조, 입자순환속도, 데이터 분석방법, 입자의 물성에 따라 영향을 받게 된다.
난류 유동층에서 고속 유동층으로의 전이
난류 유동층에서 고속 유동층으로의 전이는 (transpor velocity, Utr,)거대한 양의 입자가 탑의 꼭대기를 통해 빠져나가게 되는 유속에서 일어난다고 한다.
Yerushalmi and Cankurt(1979)에 따르면, 기체유속이 Utr을 초과하면 입자흐름속도 증가에 따른 압력의 급격한 변화가 사라지게 된다. 오래전에 blow-out velocity라고 불렀던 Use,(Squires, 1986)를 사용하면 이 전이를 보다 더 실질적으로 정의할수 있다.
Use는 유속에 따른 Entrainment 데이타로부터 얻을 수 있는데 Utr처럼 거동하며 더 신뢰성있다. 문현의 많은 데이터를 근거로 다음 상관식이 제시되었다.
고속 유동층에서 공기수송으로의 전이를 하면 상승관 하부에서 비교적 밀도가 있는 농후상 영역이 사라지고 큰 진폭으로 나타나는 압력요동이 사라진다. 이 전이유속은 가장 쉽게 측정하는 방법은 일정한 입자순환속도에서 U를 점점 줄이면서 A type choking이 나타날때를 관측하는 것이다. 이 suspension collapse process는 입자들이 cluster를 형성하고(Matsen,1982) 입자-벽 마찰이 증가하고(Yang,1975) 입자중량이 벽 근처의 기체마찰을 초과하기 때문이다.
Uca를 추정하는데 Yang(1983)이 제시한 식을 사용할 수 있다:

키워드

고정층,   유동층,   유동화