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전산유체역학을 이용한 시멘트 킬른 버너의 해석

Analysis of Cement Kiln Burners by Using Computational Fluid Dynamics

주지선 신상백 이현수 이민우 홍창식

Ju JS Shin SB Lee HS Lee MW Hong CS

HWAHAK KONGHAK, December 1999, 37(6), 850-856(7), NONE

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Abstract

본 연구에서는 전산유체역학을 이용하여 시멘트 킬른용 버너의 화염을 해석하였다. P사가 설계한 두 가지 형태의 버너를 대상으로 화염의 형태와 온도분포, NO_x와 HCN의 생성 등 버너의 성능파악에 필요한 자료를 예측하였다. P사의 A형 버너는 중심으로부터 와류와 석탄 투입구 그리고 외류의 세 채널로 구성되어 있으며, B형 버너는 중심형에 화염 안정화를 위한 채널이 추가되어 있고 와류와 석탄 투입구의 위치가 A형 버너와 반대이다. 두 버너 모두 선단부 가까이에서 내부 재순환 흐름을 형성하여 화염이 안정되고 점화거리가 짧은 특색을 보이지만, A형 버너는 내부의 강한 와류에 의해서 화염이 발산하는 양상을 보였고, B형 버너는 상대적으로 가늘고 긴 화염을 형성하였다. 화염온도와 NO_x 생성의 측면에서는 A형 버너가 화염 중심부에서의 고온, 산화성 분위기로 인해 고농도의 NO_x를 집중적으로 생성시키는 반면, B형 버너는 화염중심부의 환원성 분위기가 NO_x 발생을 억제하고 2차 공기와 접촉하는 화염의 외곽에서 비교적 낮은 농도의 NO_x를 생성하였다. 본 연구에서 제시된 모사 방법과 결과는 버너의 설계는 물론이며 운전의 최적화에도 유효하게 적용될 수 있을 것이다.

In this study, analysis of burner flame for cement kiln is performed by using computational fluid dynamics(CFD). Flame shape, temperature distribution and NO_x/HCN formation are predicted to determine the performance of burners which P company designed. Type A burner has three concentric channels for swirl air, pulverized coal, and axial air in radial order. Type B burner has a special flame stabilizer at the center and channel for pulverized coal is relocated between flame stabilizer and swirl air. Velocity contours of both types show internal recirculation mear burner tip, which stabilizes the flame and assists early ignition. Due to strong swirling action, type A burner has a little divergent flame. On the contrary, the flame of type B burner is relatively slim and long. Temperature distribution core of type A burner flame. However, in the type B burner, NO_x is formed at the outer flame where secondary air is supplied and NO_x formation in the high temperature core is reduced by reducing atmosphere. The methodology and results suggested in this study could be successfully applied to not only design of burners but also optimization of operational conditions.

Keywords

Cement Kiln Burner Clinker Coal Flame NO_x Computational Fluid Dynamics

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