유동층 연소 | 유형과 장점
유동화는 연료와 공기를 특정 비율로 혼합하여 연소를 얻는 방법입니다. 유동층은 고체 입자들이 유체처럼 행동하는 것을 정의할 수 있습니다. 이는 고르게 분포된 공기가 저속으로 세밀하게 분산된 고체 입자층을 통해 상향으로 통과할 때, 입자들이 방해받지 않지만, 공기 흐름의 속도가 점진적으로 증가하면 개별 입자들이 공기 흐름에 현탁되는 단계에 도달한다는 원리로 작동합니다.
공기 속도가 더 증가하면, 침대는 매우 격렬해지고 입자들의 빠른 혼합이 발생하여 끓는 액체에서 거품이 형성되는 것처럼 보입니다. 이러한 과정으로 인해 발생하는 연소는 유동층 연소로 알려져 있습니다.
유동화를 일으키는 공기의 속도는 다음과 같은 여러 매개변수에 따라 달라집니다:
연료 입자의 크기.
공기-연료 혼합물의 밀도.
따라서, 이러한 매개변수들은 원하는 연소 속도를 얻기 위해 공기 흐름 속도를 조작할 때 충분히 고려됩니다. 유동층 연소에서는 빠른 혼합이 온도의 균일성을 보장합니다. 유동층 연소 시스템의 주요 장점은 시민 폐기물, 하수 처리장 슬러지, 바이오매스, 농업 폐기물 및 기타 고습도 연료를 열 생성에 사용할 수 있다는 것입니다.
유동층 가마는 공기를 허용하기 위한 기저부의 개구부가 있는 폐쇄된 공간을 가지고 있습니다. 분쇄된 석탄, 재 및 분쇄된 돌석회 또는 석회석은 가마 침대에 혼합되고, 고속 연소 공기는 가마 바닥에서 침대로 들어갑니다.
공기의 속도가 점진적으로 증가함에 따라 침대의 단면당 무게와 동일한 압력 강하가 발생하는 단계가 도달되며, 이 특정 임계 속도는 최소 유동화 속도라고 합니다.
공기 속도가 더 증가하면, 침대는 팽창하고 추가 공기를 버블 형태로 통과시킵니다. 공기 속도가 임계 속도의 3~5배가 되면, 침대는 격렬하게 끓는 액체처럼 보입니다. 아래 그림은 유동층 연소의 시각적 표현입니다:
보일러의 증발관은 직접 유동층에 잠겨 있으며, 타고 있는 석탄 입자와 직접 접촉하여 매우 높은 열 전달률을 생성합니다. 이를 통해 설비 규모가 크게 줄어들고, 매우 높은 효율로 연소가 이루어집니다.
유동층 연소의 유형
유동층 연소(FBC)는 두 가지 변형으로 나눌 수 있습니다:
수직형 FBC: 이들은 일반적으로 작은 설비에서 사용되며, 시간당 최대 6톤의 증기를 생산할 수 있습니다. 수직 형태는 증기 보일러의 전체 차원을 줄이고, 공간 제약이 있는 설비에서 매우 효율적입니다.
수평형 FBC: 수직형 유동층 연소에 비해 용량이 거의 10배이며, 시간당 최대 60톤의 증기를 생산할 수 있습니다. 이들은 보일러 튜브에 대해 수평으로 배치되며, 높은 용량과 높은 효율성으로 인해 석탄 화력 발전소에서 매우 바람직한 선택입니다.
유동층 연소의 장점과 단점
FBC는 전 세계 모든 주요 발전소에서 광범위하게 사용되고 있으며, 이는 다른 주요 연소 방법보다 제공하는 많은 장점 때문입니다. 몇 가지는 다음과 같습니다:
높은 열 효율.
쉬운 재 제거 시스템, 시멘트 제조를 위한 재 활용.
짧은 설치 및 건설 기간.
완전 자동화되어 있어 극단적인 온도에서도 안전한 운전을 보장합니다.
온도가 150oC (즉, 재 융해 온도보다 낮음)까지 효율적으로 작동.
석탄 분쇄 등의 작업 감소 (분말 석탄이 필요하지 않음).
침대 내의 공기와 연료 입자 사이의 열 평형이 빠르게 설정되기 때문에, 부하 요구 변화에 빠르게 대응할 수 있습니다.
유동층 가마의 낮은 온도 작동은 대기 오염을 줄입니다. 낮은 온도 작동은 질소 산화물의 형성도 줄입니다. 가마에 돌석회(칼슘-마그네슘 탄산염) 또는 석회석(칼슘 탄산염)을 추가하면 필요하다면 대기 중의 황산화물 배출도 줄일 수 있습니다.
위의 모든 유동층 연소의 장점에도 불구하고, 이 시스템의 주요 단점은 침대를 지지하기 위해 매우 높은 압력으로 공기를 지속적으로 공급해야 하므로 팬 전력이 상당히 높아야 한다는 것입니다. 이로 인해 보조 설비의 운영 비용이 증가합니다. 그러나 이는 FBC가 제공하는 높은 효율성으로 충분히 보상됩니다.
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