KR100397299B1 - 차르의 발열량 추정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 촤(Char)의 발열량 추정방법에 관한 것으로, 촤(Char)의 발열량과 휘발분함량간의 관계식을 다음과 같이 구하는 제1단계와;
발열량 = 87.14×(휘발분함량)- 2.46×(휘발분함량)2+ c
촤(Char)의 발열량과 회분함량간의 관계식을 다음과 같이 구하는 제2단계와;
발열량 = -47.97×(회분함량) + 7152.34
제1단계와 제2단계에서 발열량과 휘발분함량 및 회분함량과의 관계식을, 발열량 = 82.14×(휘발분함량)- 2.46×(휘발분 함량)2- 47.97×(회분함량) + 7152.34 같이 도출하는 제3단계와;로 이루어진 촤(Char)의 발열량 추정방법을 요지로 한다.
본 발명에 의한 발열량 추정을 통해 조업을 실시하는 경우 연소 공정의 공정인자를 적절히 제어할 수 있으며 이를 바탕으로 에너지 투입의 최적화를 통해 경제적 조업을 행할 수 있는 효과를 거둘 수 있다.

Description

차르(Char)의 발열량 추정방법
본 발명은 차르(Char)의 발열량 추정방법에 관한 것으로, 특히 공업 분석치로부터 발열량을 추정할 수 있는 관계식을 정립하여 연소 공정에서 발생되는 열량을 예측하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 연소 공정에 있어서 공정의 경제성을 좌우하는 주요 인자로서 사용 연료의 발열량을 들 수 있다. 이 때 많은 공정에서 석탄의 휘발거동후에 발생되는 차르(Char)가 쌓여 구성되는 촤르 베드(Char Bed)의 연소에 의해서 원하는 열량을 공급하는 공정이 선택되고 있다. 일반적으로 석탄이 고온에 의한 열적 분해 반응을 거친후 잔존하는 고상입자를 차르(Char)라 칭한다.
차르(Char) 입자의 생성기간동안 석탄이 열적과정을 겪는 과정에서 석탄내의 상당량이 제거되며 휘발분이 방출되는 동안의 가스방출거동에 의해 다공성의 입자 형상을 갖게 된다. 따라서 차르(Char) 입자는 대부분 탄소분자로 구성되며 수소, 산소 등을 함유하게 되며 이들 주성분 원소외에 황과 질소 등의 미량원소들을 함유한다. 이렇게 생성되는 차르(Char)는 연소반응을 위해 공급되는 공기내의 산소 또는 공기에 부화되는 산소에 의해 연소 반응을 일으켜 열량을 발생하게 되고, 이 열량이 공정내의 에너지를 공급하는 역할을 하게 된다. 따라서 휘발분이 방출되고 남는 고상입자인 차르(Char)가 산소와 반응할 때 발생되는 열량의 크기가 연소시스템에 의해 공급되는 에너지의 크기를 좌우하게 된다. 이와 같은 차르(Char)의 발열량은 차르(Char)내의 구성성분의 종류, 형태 및 함량과 깊은 관계를 갖게 되나, 이들 차르(Char)의 특성분석치와 발열량에 대한 관계식이 정립되어 있지 못한 관계로 차르(Char) 사용시 발생되는 발열량의 예측이 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 차르(Char) 사용시 차르(Char)의 발열량에 큰 영향을 미치는 휘발분 함량 및 회분 함량의 영향을 확인하여 차르(Char)의 발열량을 추정할 수 있는 예측식을 제공함으로써 단위 공정에서의 열에너지의 보다 합리적이고 경제적인 제어를 가능하게 할 수 있는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 차르의 발열량과 휘발분함량간의 상관관계를 도시한 그래프도.
도 2는 차르의 발열량과 회분함량간의 상관관계를 도시한 그래프도.
도 3은 본 발명에 의해 추정된 차르의 발열량과 실제 측정된 발열량간의 관계를 도시하는 도면.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 차르(Char)의 발열량과 휘발분함량 간의 관계식을 다음과 같이 구하는 제 1단계;
발열량 = 87.14 ×(휘발분함량) - 2.46 ×(휘발분함량)2+ 6583.80
차르의 발열량과 회분함량간의 관계식을 다음과 같이 구하는 제 2단계;
발열량 = -47.97 ×(회분함량) + 7152.34
제 1단계와 제 2단계에서 발열량과 휘발분함량 및 회분함량과의 관계식을 다음과 같이 도출하는 제 3단계;로 이루어진 차르(Char)의 발열량 추정방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.
발열량 = 87.14 ×(휘발분함량) - 2.46 ×(휘발분함량)2- 47.97 ×(회분함량) + 7152.34
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
차르(Char)의 구성성분은 정형화되어 있는 석탄 공업 분석에 의해 고정탄소분, 휘발분 및 회분으로 구분되어 분석될 수 있다. 따라서 이들 특성치와 발열량 간의 관계를 예측할 수 있는 방안이 마련되는 경우 보다 합리적인 연소반응기에서의 공정인자의 제어가 가능하게 될 것이다.
유기물의 발열량은 물질이 연소할 때 발생하는 열량으로 정의된다. 이때, 유기물내의 상이한 구성성분의 분자 형태 및 구성 원자의 함량에 의해 유기물의 발열량이 차이를 나타내게 된다. 유기물의 일종인 차르(Char)생성시 고온에서의 열적분해상태에 따라 영향을 받게 된다.
그 열적분해시 가스상으로 방출되는 휘발분의 방출거동에 따라 열적분해후에 입자내에 존재하는 입자내 잔존 구성성분의 형태 및 함량이 서로 다르게 되며, 이에 따라 차르(Char)의 발열량이 변화하게 된다. 한편 차르(Char)의 구성성분의 함량은 일반적으로 시행되는 공업분석에 의한 수분함량, 휘발분함량 및 회분함량에 의해 용이하게 획득되어질 수 있으며, 이중 휘발분함량과 회분함량이 발열량의 크기에 큰 영향을 미치게 된 것으로 예상된다.
따라서 차르(Char)의 발열량에 미치는 잔존 휘발분함량의 영향과 회분함량의 영향이 파악되는 경우 이는 인자에 의한 차르(Char) 발열량의 예측이 가능할 것으로 예상할 수 있다.
차르(Char)의 발열량에 미치는 차르(Char) 입자내에 잔존하는 휘발분함량의 영향을 확인하기 위해 휘발분함량이 서로 다른 차르(Char) 시료를 제조하였다. 이 시료에 대해 일반적으로 시행되는 공업분석에 의한 휘발분 함량의 측정하였으며 이 값과 발열량간의 관계를 조사하였다.
표 1에 본 실시예에 사용된 차르(Char) 시료에 대한 특성분석치를 나타내었다. 이때 각 시료들의 회분함량은 동일 수준을 나타내고 있으며 휘발분 함량은 서로 다른 값을 나타내고 있다. 이들 시료들에 대한 발열량값을 알기 위해 별도의 발열량 측정을 행하여 표시하였다.
도 1은 차르(Char)내의 휘발분 함량에 따른 차르(Char)의 발열량의 변화를 나타낸 것이다. 도면에 나타난 바와 같이 휘발분함량의 증가에 따라 발열량 값은 증가하여 최대치를 나타낸 후 그 이상으로 휘발분함량이 증가하는 경우 다시 감소하는 경향을 나타내고 있다. 이와 같은 현상은 초기 반응열이 높은 휘발분 성분의 방출에 의해 발열량이 증가하다 이후 반응열이 상대적으로 낮은 휘발분 성분의 연소에 의해발열량이 감소하는 것에 기인된다고 사료된다.
도 1에 나타난 바와 같이, 발열량값과 휘발분함량간의 관계를 정량화하기 위해 발열량값과 휘발분함량간의 관계를 최소자승법에 의해 중회귀분석하여 다음과 같은 상관식을 도출하였다.
발열량 = a ×(휘발분함량) - b ×(휘발분함량)2+ c (식 1)
a, b, c : 상수
이 때 회귀식에서 구한 상수항을 대입하면 다음과 같다.
발열량 = 87.14 ×(휘발분함량) - 2.46 ×(휘발분함량)2+ 6583.80 (식 2)
한편, 발열량은 차르(Char)내에 함유된 회분함량에 의해서도 영향을 받아 변화하게 된다. 따라서 동일 휘발분 함량을 갖고 서로 다른 회분함량을 갖는 차르(Char)에 대한 회분함량이 휘분함량의 영향도를 확인할 필요가 있다. 이 때 차르(Char)내의 회분은 연소반응에 참여하지 못하기 때문에 회분함량이 증가할수록 발열량이 감소할 것으로 예상된다. 이를 확인하기 위해 회분함량이 서로 다른 차르(Char) 시료들을 사용하여 발열량과 회분함량을 측정하였으며, 이 결과를 표 2에 나타내었다. 이 때 다소간의 편차를 보이는 휘발분 함량의 영향을 제거하기 위해 식 2에 의한 구한 휘발성 함량을 계산하여 휘발분 함량의 영향이 제거된 발열량 보정치를 계산하여 표 2와 함께 표시하였다.
도 2에 회분함량과 발열량간의 상관관계를 학인하기 위한 실시예의 결과를 나타내었다. 도 2에 도시한 바와 같이 발열량 보정치는 회분함량의 증가에 따라 큰 의존성을 가지고 그 의존성은 선형상을 나타내었다.
발연량값과 회분함량간의 관계를 정량화하기 위해 발열량 보정치와 회분함량간의 관계를 최소자승법에 의해 회귀분석하여 다음과 같은 상관식을 도출하였다.
발열량 = -47.97 ×(회분함량) + 7152.34 (식 3)
상기 식 2 및 식 3을 포함하여 차르(Char)의 발열량과 차르(Char)내 휘발분함량 및 회분함량간에 다음과 같은 추정식을 도출하였다.
발열량 = 87.14 ×(휘발분함량) - 2.46 ×(휘발분함량)2- 47.97 ×(회분함량) + 7152.34 (식4)
도 3에는 본 발명에 의한 차르(Char) 발열량 추정치와 비교하여 나타내었다. 도 3에 나타낸 바와같이 실측발열량의 값은 본 발명에 의해 도출된 추정치에 매우 근접한 값을 나타냄을 알 수 있다. 따라서, 본 발명을 사용하면 임의의 휘발분함량 및 회분함량을 갖는 차르(Char)의 발열량의 추정을 매우 신뢰성 있게 행할 수 있음을 알 수 있다.
또한 본 발명을 이용하는 경우 실공정에서 요구되는 임의의 열량을 확보하기 위해 필요한 차르(Char)의 성상을 임으로 조정할 수 있다. 이 경우 연소 공정시 발열량의 제어를 통해 공정상 필요한 에너지 소요량에 따라 연소공기의 양 등 공정인자를 제어함으로써 가장 경제적인 조업을 실시할 수 있는 장점이 발생된다.
[표 1]
[표 2]
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 발열량 추정을 통해 조업을 실시하는 경우 연소 공정의 공정인자를 적절히 제어할 수 있으며 이를 바탕으로 에너지 투입의 최적화를 통해 경제적 조업을 행할 수 있는 효과를 거둘 수 있다.

Claims (1)

  1. 차르(Char)의 발열량과 휘발분함량간의 관계식을 다음과 같이 구하는 제 1단계;
    발열량 = 87.14 ×(휘발분함량) - 2.46 ×(휘발분함량)2+ 6583.80
    차르(Char)의 발열량과 회분함량간의 관계식을 다음과 같이 구하는 제 2단계;
    발열량 = -47.97 ×(회분함량) + 7152.34
    제 1단계와 제 2단계에서 발열량과 휘발분함량 및 회분함량과의 관계식을 다음과 같이 도출하는 제 3단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 차르의 발열량 추정방법.
    발열량 = 87.14 ×(휘발분함량) - 2.46 ×(휘발분 함량)2- 47.97 ×(회분함량) + 7152.34
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