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학위논문 상세정보

Cyclone의 等級 集塵 效率에 關한 實驗 및 數値 解析的 硏究 원문보기
(An) Experimental and numerical study on the fractional collection efficiency of cyclone

  • 저자

    이상권

  • 학위수여기관

    湖西大學校 大學院

  • 학위구분

    국내석사

  • 학과

    환경공학과 대기·폐기물 전공

  • 지도교수

  • 발행년도

    2002

  • 총페이지

    xiv, 69p.

  • 키워드

    Cyclone 등급집진효율 실험 수치해석;

  • 언어

    kor

  • 원문 URL

    http://www.riss.kr/link?id=T10050953&outLink=K  

  • 초록

    석탄 가스화 복합발전(IGCC : Integrated Coal Gasification Combined Cycle)과 가압 유동층 연소(PFBC-CC : Pressurized Fluidized Bed Combustion Combined Cycle)의 고온 고압 집진 시스템은 차세대 석탄 화력 발전소에 사용되어 열효율을 향상시키고 환경오염을 저감시킬 수 있는 시스템으로 각광받고 있다. 이러한 시스템에서의 고온 분진 제거 기술은 고온가스 흐름중의 분진을 제거하고 시스템의 열효율을 향상시키며, 고온에서 작동되는 가스 터빈의 침식과 부식 그리고 침적으로부터 보호되는 기술로 IGCC에서는 매우 중요하다. IGCC와 PFBC-CC의 가스터빈의 보호를 위하여 요구되는 집진의 규격은 현재 상용으로 가동되고 있는 가스터빈에서 절대제거 입경 10㎛와 분진의 전체농도 150ppm(wt) 이하이다. 그러나 차세대의 가스터빈에는 10 ppm(wt) 이하까지 집진이 달성되어야 한다. 이는 평균입경이 2~3㎛인 분진을 99.9% 이상 집진해야 하는 정밀 집진기가 필요함을 의미한다. 현재 고온 고압 공정에 사용할 수 있는 시스템은 사이클론, 전기집진기, 세라믹 필터 등이 있으나, 전기집진기와 세라믹 필터는 고가이므로, 사이클론을 적용시키려는 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 고온 고압용 사이클론을 Lab. scale로 제작하여 사이클론의 등급 집진효율(fractional collection efficiency) 및 압력손실(pressure drop)에 관한 실험을 하고, 범용 열·유체 해석 프로그램인 FLUENT를 이용하여 수치해석을 수행하였다. 예비실험으로 사이클론의 효율 계산에 영향을 미치는 입·출구 입자 측정기기의 감도 차이를 측정하기 위하여, 두 측정기기를 동일한 위치에 설치하여 입자 투입량에 변화를 주어 실험을 하였다. 실험의 결과 입자 측정기기는 약 12.2%의 감도 차이를 보이고 있었으며, 사이클론 효율 계산에 영향을 미치는 인자들을 보정한 결과 약 30%의 효율이 향상되었다. 실험의 결과 집진 효율은 가스의 온도와 사이클론 내의 압력, 그리고 유량에 의해 영향을 받는 것을 확인하였다. 유량과 사이클론 내의 압력이 증가할 때 집진 효율은 증가하였다. 그러나 온도가 증가할 때, 집진 효율은 감소하였으며 그 이유는 밀도(density)의 감소와 점성(viscosity)의 증가에 따른 효과로 종말침강속도(terminal settling velocity)가 감소된 것으로 확인되었다. 본 실험에 사용한 사이클론은 처리입자의 절단입경(cut size diameter)이 약 1~3㎛로 고효율 사이클론이었으며, 약 5㎛이상의 분진은 모두 제거되는 것으로 확인되었다. 압력손실은 유량과 압력이 증가할 때, 압력손실도 증가하였고, 온도가 증가할 때, 압력손실은 감소하였다. 그 이유는 온도가 증가하면 밀도가 감소하고, 점성은 증가한다. 이 때, Reynolds No.는 감소하게 되며 마찰계수는 커지게 되므로 압력손실이 감소한다. 범용 열·유동 해석 프로그램인 FLUENT를 사용하여 수치해석을 하였다. 사이클론의 3차원 유동장 해석을 통하여 사이클론 내의 상세한 유동 특성을 파악할 수 있었다. 또한, 사이클론 등급집진효율 계산 결과 실험결과와 일치하는 경향을 나타내고 있었으며, 압력손실은 10% 이내의 오차율을 보였다. 입자의 거동 특성은 초기 분진 투입 위치에 따라 영향을 받는 것으로 확인하였다. 즉, 동일한 입자 사이즈라도 입구의 상부에서 유입된 입자는 유출되고, 하부에서 유입된 입자는 포집되는 경향을 보였다. 사이클론의 실험 결과와 수치해석의 비교 검토를 통하여 좀 더 신뢰성 있는 결과 값을 얻을 수 있었으며, 수치해석을 이용한 사이클론의 최적 설계 가능성을 확인하였다.


    Cyclone separators are still one of the most widely used of all industrial dusts from air or process gases, also provide simple to construct and is very low in first costs compared with other types of dust collecting equipment. The development of new processes and more rigorous requirements with respect to environmental protection calls for new solutions in the field of hot gas cleaning. The most important application will be in the field of advanced coal fired power plants. For a reasonable analysis of fractional collection efficiency of cyclone separators, in-line measurements of particle size and particle concentration are needed. The purpose in this study defines correlation of measurement data. The authors adapted that the fractional collection efficiency can be calculated directly from the counted particle numbers. The problem of collection efficiency calculation was different from counting rate of aerosol counters under even though same conditions. It is important factor to use the rate of the particle counters to obtain reliable results. Therefore, the authors should use calculate compensation factor considering sensitivity of aerosol counters to increase of data correlation factor. The results are as following : (1) Measurement of pressure drop show that it influenced by temperature. The increasing of temperature can be explained by shows decreasing of pressure drop. (2) Fractional collection efficiency for high temperature conditions show that it also influenced by temperature. The increasing of temperature shows decreasing of fractional collection efficiency. (3) According to the measurement data was obtained the authors compared the signal which setting the inlet and outlet aerosol counters, measured the same area and conditions (gas velocity, concentration, measuring time) simultaneously. For the consideration of sensitivity of aerosol counters, gas velocity, concentration affects higher 30% than original measured grade efficiency. (4) Cyclone will be applying(the first step removal process because it decrease high concentrated dust) IGCC, PFBC system as its removal range fully enough to the limits of G/T inlet conditions under 5㎛. (5) The 3-D flow pattern of the cyclone using FLUENT S/W shows that well fit relatively experimental results.


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