단순 연화층 모델을 이용한 Coal 성상별 coke oven 내 팽창압 예측

Abstract

지나친 팽창압 발생은 코크 오븐 벽에 영구적인 손상을 초래할 수 있다. 따라서 코크스 제조업자는 이러한 팽창압을 일정수준 이하로 제어하는 것이 매우 중요한 과제중에 하나다. 기존에 많은 연구들이 있어왔지만 대부분 실험적 데이터를 확보하는데 그쳐 팽창압의 근본적인 원인과 이것을 이용한 이론적 접근의 성과는 매우 적은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 이러한 팽창압을 이론적으로 접근하기 위하여 수학적 모델을 도입하였고, 구체적으로 열전달 현상은 고체 연료층 연소 모델을 이용하여 해석하였으며, 가스압 발생 모델은 다공성 물질에서의 유체 유동을 실험적으로 해석한 Ergun 방정식을 이용하여 압력 강하를 계산하였다. 이렇게 얻어진 값과 투영 면적에 관한 실험값을 이용하여 팽창압을 계산하였다. 열전달 모델에서는 전도, 복사, 대류 현상을 고려하였으며 탈휘발 모델과 온도에 따라 변하는 석탄의 물성치를 모델에 반영하였다. 팽창압 모델은 Ergun 방정식과 연속 방정식을 이용하여 계산하였으며, 이렇게 얻어진 가스압을 연화층에 해당하는 지역에서의 투영면적을 적용하여 팽창압으로 계산하였다. 해석 결과 열전달 및 팽창압 결과는 기존의 실험 결과와 유사한 성향을 나타내었으며 이러한 해석을 여러 종류의 석탄 탄종을 대상으로 실시하여 서로 비교하여 보았다.