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1 Korean Chem. Eng. Res., Vol. 42, No. 2, April, 2004, pp 상온유동층에서층내수평전열관의마모특성한근희 김용철 * 류정인 * 선도원 민병무한국에너지기술연구원청정에너지연구부 대전시유성구장동 71-2 * 충남대학교기계공학과 대전시유성구궁동 220 (2003 년 5 월 28 일접수, 2004 년 2 월 13 일채택 ) Erosion Characteristics of Immersed Horizontal Tubes in a Cold Fluidized Bed Keun-Hee Han, Yong-Chul Kim*, Jung-In Ryu* Dowon Shun and Byoung-Moo Min Department of Clean Energy Research, Korea Institute Energy Research, 71-2, Jang-dong, Yuseong-gu, Daejeon , Korea *Department of Mechanical Engineering, Chungnam National University, 220, Gung-dong, Yuseong-gu, Daejeon , Korea (Received 28 May 2003; accepted 13 February 2004) 요 대부분의유동층연소장치에서층물질과비산된입자에의한층내전열관과 water wall 의전열관표면의마모는계속적으로골칫거리가되고있다. 본연구는단면적이 0.15 m 0.30 m 인상온유동층장치에서마모하기쉬운아크릴관을사용하여유동층에파묻힌전열관에대하여유동조건과전열관의배열효과에대한실험적인연구를나타냈다. 유동층의단면적은 0.15 m 0.30 m 이고높이는 1.0 m 이다. 층물질은강모래평균입도 0.73, 1.24 mm 의두가지와, 평균입도 0.9 mm 의무연탄회재를사용하였다. 유동층높이는 0.45 m 이었다. 마모실험은조건마다 100 시간동안유동화속도 m/s 까지변화시켜수행하였다. 실험결과마모율은유동화속도가증가할수록증가하였고, 공기분배기로부터떨어진거리가증가할수록증가하였다. 그리고공기분배기로부터높이 0.6 m 의비산영역에위치한전열관에서심한마모를나타냈다. 전열관의원주방향에대한마모경향은다른부분과비교하여시계방향으로 4 시방향에서 8 시방향까지심한마모가나타났고, 특히 5 시방향과 7 시방향은심한마모를보였다. 약 Abstract Erosion of in-bed tubes and water wall heat transfer surfaces by bed materials and elutriated particles have persistently plagued most fluidized bed combustion (FBC) systems. This paper presents a systematic experimental study of the effects of tube arrangement and flow condition on embedded tube erosion by using erosion-prone acrylic cylinders in a 0.15 m 0.30 m bench-scale cold fluidized bed. The bed material was two different sizes of river sand and anthracite ash with the average diameter of 0.73, 1.24, 0.90 mm, respectively. The static bed height was 0.45 m. Erosion test was performed with the variation of fluidization velocity of 1.2 to 1.8m/s for 100 hours per set. The result shows that the erosion rate increases with fluidizing velocity, with distance from the distributor. The erosion was severe at the tube located in the splash zone of 60 cm above the distributor. The trend with radial direction shows severe erosion at the 4-8 o'clock clockwise compare to other area, especially 5 and 7 o clock clockwise. Key words: Fluidized Bed, Domestic Anthracite Ash, Erosion Characteristics, Heat Transfer Tube 1. 서론 세계적으로석유대체에너지자원의개발이상당한주목을받으면서대표적인대체에너지원으로서석탄및폐기물의다양한이용이추구되어왔다. 유동층에의한연소기술은기존의연소기에서효과적으로연소시킬수없는저열량석탄이나오일쉘을연소시키기위하여선진국 To whom correspondence should be addressed. heehan@kier.re.kr 에서관심을갖게되었는데, 연료의선택폭이넓고, 조업및유지관리가우수하며석회석 (limestone) 이나백운석 (dolomite) 을첨가하여석탄중의황을 90% 이상제거할수있고, 연소온도를낮게유지함으로 NO x 의발생량을줄일수있는장점을가지고있다. 또한유동층연소는적당한입도를가진석탄뿐만아니라폐기물을높은전열효과와연소효율을유지하면서연소할수있다는장점과대기오염물질의배출을별도의공해방지시설없이효과적으로연소중에처리할수있다는가장큰장점을지니고있어최근지구의환경보존과오염배출에관한규제가강 217

2 218 한근희 김용철 류정인 선도원 민병무 화되면서청정석탄활용기술의개발이활발해지고있다 [1]. 유동층연소에서높은열전달효과를얻기위하여층물질이유동하는층내에전열관을배치한다. 유동층내에설치된전열관은유동매체인층물질과계속적인충돌접촉으로인하여기존보일러의대류열교환방식에비하여열전달계수가매우높게유지된다. 그러나층내의유동매체인고체입자가매우격렬하게유동하므로전열효과는극대화할수있는반면에층내에설치한전열관의표면은심한마모가발생한다. 이러한마모의발생으로전열관의수명이짧아지는것이유동층연소의단점이기도하다. 이러한마모는기계적인마모, 화학적인마모또는복잡한행위를통하여일어날수있다. 층물질에의한전열관의손상은고온에의한표면부식보다더큰문제가된다 [2]. 본연구에서는유동층에서층물질에의한전열관의마모경향을고찰하였다. 상온유동층에서마모를가속화하기위하여층 (bed) 에아크릴관을설치하고유동화속도, 층물질의입도, 층물질의종류등을변화시켜관의단면에대한마모와관의길이방향에대한마모경향을고찰하였다. 이것은유동층의유동조건과층물질의특성에따른전열관의기하학적인마모형태를확인하고전열관의설치효과를증대하고자연구를수행하였다. 2. 이론적고찰 유동층연소에서층물질인고체입자의격렬한유동으로인하여전열효과는극대화되지만층 (bed) 내에설치된전열관의표면은유동매체와충돌접촉으로마모가발생한다. 이러한전열관표면의마모에영향을주는인자들은대개층내에서생성되는기포의크기및상승속도, 유동하는유동매체의크기및물성특성, 유동화속도, 연소로의압력, 전열관의기하학적인특성인형태및전열관의배열상태그리고전열관의재질과공기분배기의형태등을들수있다. Kazuo 등 [2] 과 Kono 등 [3] 은층내에아크릴관을설치하고유동화속도와입도를변화시켜유동화속도가증가할수록입도가커질수록마모가증가하는것을고찰하였고, Dennis[4] 와 Macada[5] 는층에 PVC 를설치하여공기분배기로부터떨어진거리가높을수록마모가심하다는것을알았다. 또 Zhang 등 [6] 은층에강관을설치하여층온도를변화시켜 500 o C 온도차대하여 5 배나높은마모가발생하였다고하였다 유동층내의기포특성유동층에서기포는유동층반응기의모사나디자인을하는데주요한요소로서기포의크기는기포의상승속도, 상간의가스교환속도, 입자의순환속도, 열전달, 미세입자의유출및전열관의마모에큰영향을미친다 [3]. Fig. 1 에나타낸바와같이아랫부분이약간움푹들어간모양으로형성된다. 기포에서구형표면을 roof 라고하고구형의끝점을 nose 라고부른다. 고체가기포의움푹들어간부분에채워지므로대략적으로완전한구형이라고본다. 고체는움푹들어간부분에채워져기포와함께이동하는데이부분을 wake 라한다. 이 wake 의분율은입도크기가 µm 로형성된자연산모래의경우유동층조건에서 정도로알려져있다 [7]. 기포가상승하면서 wake 에있는고체가전열관표면을지나면서충돌하거나, 기포가파괴되면서전열관표면에마모가발생한다. 그러므로기포의크기가크고, 상승속도가증가하게되면전열관의마모는증가하게된다. 이것은기포가안고있는고체의질량이증가하거나속도가증가하게되면모멘텀이증가하기때문이다. 기포는층에기체가유입되어형성되는데형성과정은공기분배기의형태에따라다르다 [8]. 평판에구멍이뚫린공기분배기에대하여생성된최초기포크기는식 (1) 과같다. ( D bo 1.38 u 0 u mf )A = g N or 화학공학제 42 권제 2 호 2004 년 4 월 (1) Fig. 1. Schematic of bubble structure. 생성된유동층내의기포는층 (bed) 표면으로상승하면서합체와깨짐의복잡한현상때문에일정한층높이와유속에서도그크기가일정하지않고작은것부터큰것까지불규칙하게분포하는데유속의증가와층높이가높아지면기포가상승하면서합체되어크기가커지고, 초기에생성된기포가그대로상승하기도하여기포의분포폭이넓게나타난다. 한편기포의상승속도는유동화속도와층높이가증가함에따라증가하고, 입자가커짐에따라약간씩감소한다. 층높이가일정하고유동화속도가증가하면층물질의입자크기에는영향이없다. 기포하나의상승속도는식 (2) 과같다. 1.3 u br = 0.79 gv b = gd B 또유동층에서기포의상승속도는식 (3) 과같다 u b = u 0 u mf + u br Fig. 2 에나타낸바와같이공기분배기의오리피스를통하여층내로유입된기체는곧바로기포로형성되는것이아니라오리피스로부터일정한길이의제트를형성한후기포가생성된다. 초기에생성된기포의크기는공기분배기를설계할때중요한인자로서기포가처음부터합체되는것을막기위해분배기의오리피스사이간격은기포의크기에 1.5 배이상이유지되어야한다. 또제트길이는층내에전열관을설치할때중요한영향을미치는데제트길이내에전열관을설치하면제트에의한층물질의유동으로전열관의마모를가속화시킨다. 다공성이나평판에구멍이뚫린공기분배판은실제로사용되지않고 tuyere 와같은기체분배판을사용하고, 그리고기체분배판으로유입된기체는높은속도와압력을가지므로기체분배판의구멍으로부터토출된기체는기포가형성되기어느정도의제트길이 [9] 을가지는데그제트길이는다음과같은관계가있다. L j = 21.1 Fr or D or 0.37 Re 0.05 ρ g or ---- ρ p D p 0.24 D or 층에서유동을주도하는기포는그기포의 wake 안에유입되는층물질이가속되고증가하여기포를따라가므로수평적으로커지게된다. (2) (3) (4)

3 상온유동층에서층내수평전열관의마모특성 219 Fig. 3. Effect of collision angles of collision particles on energy transfer. Fig. 2. Behavior of bubbles above distributor. 두개의기포가합체되면부피는 20-30% 가증가 [10] 하면서, wake 로들어간후합체하는동안에잇따라 10% 의감소를가져오게되어실제내부부피의증가는 10-20% 가된다. 이러한관계로농후층을지나는기포의유동은증가 [11] 하는것이다 입자에의한마모 충돌입자의마모유형유동층내에설치된전열관의표면에층물질이유동하면서입자의충돌에의하여충돌흔적이나타나는데이를마모라고한다. 마모에는두가지기본적유형이있는데하나는침식마모이고다른하나는충돌마모이다. 두가지마모는금속유실과정의미시적형상이서로다르다. 침식마모는입자에의한고체표면의충격이비교적작으며평행에가깝다. 만약충격을받은물체가이런작용을거치면약간의부분이깎여지고이처럼대량, 반복의작용을거쳐고체표면은마모가생기게된다. 충돌 ( 부딪혀생기는 ) 마모는입자가고체표면에일정한유동속도로부딪칠때충돌각도가크거나수직에가까우면고체표면에충돌하여비교적작은소성변화혹은분명한균열을낳는다. 만약고체표면에오랫동안많은양의입자가여러번부딪치면고체는소성변형을일으켜서서히외층이떨어져나가거나마모를형성한다. 일반적으로보일러전열면의마모입자와전열면의충격각도는 0-90 o 사이이며보일러전열면의마모는이러한두종류의마모가기본유형이다 [12] 충돌과정의물리적현상입자가일정한속도로고체표면에부딪치는과정중필연적으로에 너지이동이발생한다. 이때충돌각도는일정한작용을일으킨다. 예를들어구형입자가수직으로고체표면에충돌하면서하나의충돌흔적을낳는다면이것은입사에너지가고체표면에소성변화상황을낳을만큼커졌다는것이다. Fig. 3(a) 은입자가고체표면에수직으로충돌할때의상태를나타낸것이다 [13]. 고체표면에충돌후수직으로반사한구형입자가지니는운동에너지는입사에너지의 1-10% 가되며그나머지에너지는모두고체표면에서흩어져버린다. 그중충돌에대해작용을일으키지않은탄성에너지 (1-5%) 와충돌흔적의소성 ( 약 90%) 변형을일으키는데소비된다. 고체표면위에서소비된에너지중 80% 는열로변했다가소멸되며, 10% 는고체내에일정한결함으로남는다. 입자가비교적작은충돌각으로고체표면에충격을줄때고체표면에일정한충돌흔적이외에흔적부근의표면층에갈라진특정변형구역을를형성한다. 이로써대부분이소모된입자의운동에너지는 Fig. 3(b) 에나타난바와같이형성된다. 부딪친후의입자는여전히돌아다니고재충돌할수있으며지니고있는운동에너지도비교적많아에너지평형관계를이룬다. 3. 실험장치및방법 3-1. 실험장치 Fig. 4 는실험장치의구성을나타낸다. 공기의공급부문과유동층장치로구분된다. 층물질의유동화를위한공기의공급은송풍기 (rotary blower) 를사용하였다. 공기량측정은유량계 (Flowcell Co., Nm 3 /hr) 을사용하여측정하고, 유량조절은게이트밸브를사용하였다. 유동화장치는상온기포유동층으로층 (bed) 의단면적이 0.15 m 0.20 m 이고높이는 1.0 m 으로제작되었다. 공기의확산을위하여 freeboard 는층단면적의 2.5 배인 0.25 m 0.30 m 으로높이는 0.7 m 으로제작하였다. 층 (bed) 내에관을설치하기위하여공기분배기로부터높이 0.15, 0.30, Korean Chem. Eng. Res., Vol. 42, No. 2, April, 2004

4 220 한근희 김용철 류정인 선도원 민병무 Table 1. Experimental condition Parameters Superficial gas velocity [m/s] Bed materials Size of material [mm] Height of tube above distributor [m] Static bed height [m] Operation time [hr] Condition 1.2, 1.4, 1.6, 1.8 Sand, Anthracite ash 0.731, 1.243, , 0.30, 0.45, Fig. 4. Schematic diagram of cold fluidized bed facility m 에각각 3 개씩층단면 0.20 m 방향으로중심과, 중심에서좌우 60 mm 간격으로총 9 개의구멍을내고분배기와의거리 0.60 m 에는층의중앙에 1 개의구멍을뚫어총 10 개의관을설치하였다. 또실험장치에는세곳의압력을측정하기위하여 U 자마노메타를설치하였다. 하나는공기상자의절대압을측정하고, 다른하나는공기분배기의압력강하를측정하고, 또다른하나는층내의차압을측정하도록층높이 0.75 m 에설치하였다. 공기분배기는층단면적과같은크기의평판에삼각피치 8.5 mm 간격으로직경 2 mm 의구멍 344 개를뚫어개구비 (opening ratio) 를 3.6% 가되게제작하였고층물질이공기상자로유입되는것을방지하기위하여 100 mesh 스테인리스망을분배기위에깔았다. 마모재로사용된관의재질은마모를가속화시키기위하여아크릴을택하고층내에삽입하여고정하기위하여양단에나사를내너트 (nut) 를조이도록하였다 실험방법유동층내에설치될관 ( 마모재 ) 의무게와직경을측정한다. 무게는전자저울 ( 정밀도 1/10,000 g, RE20D, Sartorius, German) 에서측정하고, 관의직경은버니어캘리퍼스 ( 정밀도 1/100 mm) 로측정하였다. 관의무게와직경을측정하고유동층내에설치한다. 관의설치위치를관의안쪽에번호 (0-9) 로표시하였다. 이번호는실험후관의설치위치에따른마모량을고찰하는데혼동을방지하기위해서이다. 관은공기분배기로부터높이 0.60 m 떨어진곳이 0 번, 높이 0.45 m 떨어진곳에좌로부터 1-3 번, 높이 0.30 m 떨어진곳이 4-6 번, 높이 0.15 m 떨어진곳이 7-9 번순으로설치하였다. 또설치된관의안쪽에설치방향 ( 시계의 6 시방향 ) 을표시하였다. 이것은관단면의원주각에따른마모정도를고찰하기위하여표기하였다. 관의설치가끝난후입자의크기가확인된층물질을층내에주입하였다. 이때층물질의정체층높이는공기분배기로부터높이 0.45 m 까지층물질을충전하였다. 송풍기의전원을공급하여층내로미리설정된유량의공기를주입하여마모실험을수행하였다. 화학공학제 42 권제 2 호 2004 년 4 월 실험은 100 시간동안계속적으로수행하였다. 가동시간 100 시간이지난후유동층으로부터마모를위한아크릴관을해체하여전자저울 (1/10,000 g) 에서무게를측정하였다. 실험전측정한관의무게와의차이를구하였다. 한편관의마모두께측정은관의중앙을절단하고, 절단된면을 30 도씩나누어각방향의두께를버니어캘리퍼스로측정하였다. Table 1 에실험조건을나타냈다. 최소유동화속도는실험적으로측정하는방법과많은연구자들이실험을통하여실험식으로표현한식을이용하여계산하는방법이있다. 여기서우리는 Wen 과 Yu[14] 가제안한식을이용하여계산하였다. 그결과모래입도 0.73 mm 는 0.42 m/s 이었고, 평균입도 1.24 mm 는 0.64 mm 로계산되어, 최소유동화속도의 2-4 배로결정하였다. 상온기포유동층에서층내에파묻힌전열관의마모실험을통하여유동화속도와층물질의종류및입도를변화시켜, 설치된관의설치위치와공기분배기로부터높이, 관의원주방향에대한마모율과마모두께를고찰하였다. 마모두께는아크릴관의초기두께 (T 0 ) 와실험후측정된두께 (T t ) 와의차이로정의하였고, 마모율은식 (5) 에나타낸바와같다. M M Erosion rate = M = t (mg/cm 2 hr) (5) t t A b A b 4. 결과및고찰 4-1. 유동화속도의영향 Fig. 5 는유동층층물질로평균입도 0.73 mm 의자연산강모래를사용하여유동화속도 1.2 m/s 에서 1.8 m/s 까지변화시키면서유동층내에설치된총 10 개관의마모율을관의설치높이별로평균한마모율을나타낸것이다. 설치된관의재질은아크릴이다. 공기분배기로부터떨어진거리 0.15 m 에설치된수평관의마모율은유속 1.2 m/s 일때약 0.04 mg/cm 2 hr 이었으나유속이증가함에따라직선적으로증가하여 1.8 m/s 에서는 0.05 mg/cm 2 hr 을보였다. 공기분배기로부터떨어진거리가클수록마모율은증가하였다. 층물질이비산하는영역, 높이 0.60 m 에설 Fig. 5. Effect of fluidizing velocity on erosion rate.

상온유동층에서층내수평전열관의마모특성 221 치된수평관의마모율은유속 1.2 m/s 에서 0.09 mg/cm 2 hr 이었으나 1.8 m/s 에서는 1.12 mg/cm 2 hr 을상회하였다.

한편공기분배기로부터설치된수평관의거리가멀수록마모율이증가하였는데이것은기포가상승하면서합체되어기포에안고있는층물질의양이많고, 층표면에가까워질수록기포의상승을억제하는층물질의양이감소하여상승속도가증가하였기때문이라고사료된다. 4-2. 층물질종류의영향 Fig. 6 는유동화속도 1.2 와 1.4 m/s 에서무연탄회와모래를층물질로사용하여관의설치높이에대해마모율의관계를비교한것이다.

8 m/s 에서층물질인자연산강모래의평균입도를 0.73 mm 와 1.243 mm 로변화시켜층내에설치된관의높이에따른마모효과를나타낸것이다. 관높이 0.15 m 에설치된관의마모율은입도에대해차이가없으나설치높이가높아지면서마모율의차이가발 Fig. 6. Effect of bed material on erosion rate. Fig. 7.

5 상온유동층에서층내수평전열관의마모특성 221 치된수평관의마모율은유속 1.2 m/s 에서 0.09 mg/cm 2 hr 이었으나 1.8 m/s 에서는 1.12 mg/cm 2 hr 을상회하였다. 이렇게유동화속도의증가에따라마모율이증가한이유는기포가생성하여빠른속도로상승하고기포의생성빈도가높아지면서층물질의유동이증가하였고, 상승하는기포가안고있는층물질이수평관에부딪치거나기포가깨지면서마모에영향을주는운동량이증가하였기때문이다 [15, 16]. 한편공기분배기로부터설치된수평관의거리가멀수록마모율이증가하였는데이것은기포가상승하면서합체되어기포에안고있는층물질의양이많고, 층표면에가까워질수록기포의상승을억제하는층물질의양이감소하여상승속도가증가하였기때문이라고사료된다 층물질종류의영향 Fig. 6 는유동화속도 1.2 와 1.4 m/s 에서무연탄회와모래를층물질로사용하여관의설치높이에대해마모율의관계를비교한것이다. 사용된층물질의입도는무연탄회재가 0.90 mm, 모래는 0.73 mm 이다. 무연탄회재의입도가모래보다크지만마모율은관의높이에따라현저하게감소하였는데그이유를살펴보면무연탄회는유동층연소로에서연소되면서충돌접촉으로인하여입자의구형도가좋아졌고비중이작은것에기인한것 [17, 18] 이라고사료된다 층물질입도의영향 Fig. 7 은유동화속도 1.8 m/s 에서층물질인자연산강모래의평균입도를 0.73 mm 와 mm 로변화시켜층내에설치된관의높이에따른마모효과를나타낸것이다. 관높이 0.15 m 에설치된관의마모율은입도에대해차이가없으나설치높이가높아지면서마모율의차이가발 Fig. 6. Effect of bed material on erosion rate. Fig. 7. Effect of bed material size on erosion rate. Fig. 8. Effect of erosion at circumferential direction of tube. 생되는것으로나타났다. 이것은층물질의입도가커지면기포의상승속도는약간작아지지만기포가커져유동질량이증가하기때문 [19, 20] 이라고사료된다 관의원주방향마모 Fig. 8 은유동화속도 2.2 m/s 로모래 mm 을층물질로사용하여 500 시간동안연속적으로운전한후중앙열에위치한관번호 0, 2, 5, 8 번을원주방향으로절단하여마모된두께를나타낸것이다. 관의맨윗면을기준점 (0 도 ) 으로하여시계방향으로 30 도씩나누어마모된두께를고찰하였다. 그림에나타난바와같이 180 도를축으로좌우가서로대칭적으로마모가이루어지는것으로나타났고, 층에파묻힌관의마모는공기분배기와의거리가증가함에따라약간씩증가하였다. 층의맨상부에설치한관의마모가더욱증가하였다. 이것은기포가상승하면서서로합체되어기포가커져층표면에가까워지며파괴되거나기포의상승을억제하는층물질의양이적어기포의상승속도가증가하였기때문이다 [18, 21, 22]. 또층물질이튀어오르는구간 (spresh zone) 에설치된관 (0.6 m) 의마모는더욱증가하였다. 이것은기포가층표면에이르러깨지면서층물질을비산시켜관의표면에큰충격을주었기때문이라고사료된다. 또마모형태를보면 4 시방향부터 8 시방향까지집중적으로심한마모가발생되는것으로나타났는데이것은기포가상승하면서관의하부에직접적으로충돌하고관의측면을따라미끄러져상승하기때문에관의상부에는속도가거의미치지않기때문이다. Fig. 9 은공기분배기로부터높이 0.45 m 에횡으로설치된전열관번호 1, 2, 3 번의마모두께를나타낸다. 설치된관은맨윗면을 0 도 (12 시방향 ), 맨아랫면을 180 도 (6 시방향 ) 로하여방향을설정하였다. 결과를보면중심열의관은외곽열에설치된관보다마모가빠른것으로나타났는데이는 duct 에서의유속분포에따른경향이라고볼수있다. 한편마모두께를보면결과적으로좌우대칭적으로마모가발생한것으로보아공기분배기로부터공기의분배가고르게이루어져유동상태가비교적원활하였다는것을알수있다. Korean Chem. Eng. Res., Vol. 42, No. 2, April, 2004

6 222 한근희 김용철 류정인 선도원 민병무 N or : total number of orifices in distributor [-] n or : number of holes per unit surface area of distributor [1/cm 2 ] Re or t u 0 u b u br u mf : reynolds number at orifice, u or D or / ν[-] : elapse time during erosion [hr] : superficial gas velocity [cm/s] : bubble rising velocity [cm/s] : single bubble rising velocity [cm/s] : the minimum fluidizing velocity [cm/s] V b : bubble volume [cm 3 ] Fig. 9. Effect of erosion at circumferential direction of tube. 5. 결론 상온기포유동층실험장치에서층 (bed) 내에전열관을모사하기위하여아크릴관을설치하고층물질의종류및입도를변화시키고, 유동화속도를변화시켜전열관의마모실험을수행하여다음과같은결론을얻었다. (1) 유동층에설치된전열관의마모는유동화속도가증가함에따라거의선형으로증가하는경향을보였다. (2) 유동층에서층물질의입도가커지면전열관의마모는증가하였다. (3) 유동층에서전열관의설치높이가공기분배기로부터멀리떨어질수록마모는증가하였다. (4) 전열관의단면에서관의마모형태는 4 시 -8 시방향까지많은마모가발생하고특히유동화에의해층물질이직접부딪치는 5 시 -7 시방향은마모량이더욱증가하였다. (5) 유동층에서층물질로무연탄회재를사용하면모래에비하여전열관의마모를 1/3 으로감소시킬수있었다. 이상과같은전열관의마모특성을살펴보면유동층보일러에서관의배열형태와적절한유동화속도및층물질의입도와종류를고려해야하며, 특히관의아래면에마모를방지할수있는어떤형태의마모방지장치가필요하다고사료된다. A : frequency factor [min -1 ] A b : bed cross area [cm 2 ] D B D b,o D or D p d p : bubble diameter [cm] 사용기호 : bubble diameter formed at the distributor [cm] : orifice diameter [cm] : distributor pitch [cm] : particle diameter [cm] Fr or : froude number at orifice [u-u mf / gd ] g : gravitational acceleration [cm/s 2 ] L j M o M t M : jet length measured from tip of nozzle to center of bubble at point of detachment : initial weight of tube [mg] : weight of tube after erosion test [mg] : weight loss of tube during erosion [mg] 화학공학제 42 권제 2 호 2004 년 4 월 그리이스문자 ρ g : gas density [g/cm 3 ] ρ p : apparent density of particle [g/cm 3 ] 참고문헌 1. Choi, J. H., Son, J. E., Han, K. H., Bae, D. H. and Jo, S. H., Development of Circulating Fluidized Bed Coal Boiler Technology(I), KIER Report, KE G, 21(1991). 2. Tsutsumi, K., Tatebayashi, J. and Hasegawa, K., Development of Erosion-resistant In-bed Tubes, Proceeding of the International Conference on Fluidization, Fluidizaton VI, Alberta, Canada, 653(1989). 3. Kono, H. O., Soltani-Ahmadi, A. and Suzuki, M., Kinetic Forces of Solid Particles in Coarse Particles Fluidized Beds, Powder Technology, 52, 49(1987). 4. Dennis, R. A., Influence of Design and Operating Conditions on the Wear of an In-bed Horizontal Tube Bundle, Proceeding of the international Conference on Fluidization, Fluidizaton VI, Alberta, Canada, 637(1989). 5. Macada, S. S. and Stringer, J., The Circumferential Distribution of Wastage on In-bed Tubes in Fluidized Bed Combustors, Wear, , 325(1995). 6. Zhang, H., Hou, P. Y. and Stinger, J., The Effect of Temperature Gradient on Steel Tube Wastage in a Bubbling Fluidized bed Simulator, Wear, 197, 286(1996). 7. Gogolek, E. G. and Jhon, R. G., Fundamental Hydrodynamic Related to Pressurized Fluidized bed Combustion, Prog. Energy Combust. Sci., 21, 419(1995). 8. Miwa, K., Mori, S., Kato, T. and Muchi, I., Behavier of Bubbles in a Gaseous Fluidized Beds, Int. Chem. Eng., 12, 187(1972). 9. Massimilla, L., Fluidization, Second Edition, Davidson J. F., Clift R. and Harrison D., (Eds), Cambridge University Press, Cambridge, 133 (1985). 10. Toei, R. and Matsuno, R., Proceeding of International Symposium on Fluidization, A. A. H. drinkenburg (Ed.), Netherlands University Press, 271(1967). 11. Jackson, R., Fluidization, Second Edition, Davidson J. F., Clift R. and Harrison D., (Eds), Cambridge University Press, Cambridge, 47(1985). 12. Kim, H. D., Sang, J., Zhao, C. S., Zhang, M. Y., A Study of Erosion Characteristics of Immersed Horizontal Tube in a PFBC, Southeast University in China, Research Report, 6(1993). 13. Sang, J. and Zhao, C. S., A study of Erosion and Corrosion at Immersed Tube in a Fluidized Bed Combustor, Southeast University in China, Research Report, 24(1993). 14. Wen C. Y. and Yu, Y. H., A Generalized Method for Predicting The Minimum Fluidization Velocity, AIChE J., 12, (1996).

7 상온유동층에서층내수평전열관의마모특성 Ji, P. S., Kim, J. J., Ahan, D. H., Jung, J. D. and Kim, N. H., Erosion and Heat Transfer Characteristics of a Finned Horizontal Tube in a FBC, KRC-91G-T06, 205(1993). 16. Tilly, G. P., Erosion Caused by Impact of Solid Particles, Treatise on Materials Science and Technology, 13, 287(1979). 17. Finnie, A., Fundamental Mechanisms of the Erosion Wear of Ductile Metals by Solid Particles, ASTM STP664, In American Society for Testing and Materials, Ed. Adler W F, 36(1979). 18. Nieh, S., Lee, S. W. and Fu, T. T., Effects of Tube Orientation and Gas Velocity on the Erosion of a Tube Inserted into a Fluidized Bed, Powder Technology, 63, 229(1991). 19. Howes, T. E., Rogers, P. M., Little, J. A. and Hutchings, L. M., Erosion-Corrosion of Mild Steel in a Temperature Gradient, Wear, , 316(1995). 20. Qain, B., Wang, S. and Lee, W., Elevated Temperature Erosion of Several Thermal-Sprayed Coatings Unter the Simulated Erosion Conditions of in-bed Tubes in a Fluidized Bed Combustor, Wear, , 580(1997). 21. Rong, D., Mikami, T. and Horio, M., Particle and Bubble Movements Around Tubes Immersed in Fluidized Beds - A Numerical Study, Chemical Engineering Science, 54, 5737(1999). 22. Rogers, P. M., Howes, T. E., Hutchings, I. M. and Little, J. A., Wastage of Low Alloy Steels in a Fluidized Bed Environment, Wear, , 306(1995). Korean Chem. Eng. Res., Vol. 42, No. 2, April, 2004

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82-01.fm w y wz 8«( 2y) 57~61, 2005 J. of the Korean Society for Environmental Analysis p w w Á Á w w» y l Analysis of Influence Factors and Corrosion Characteristics of Water-pipe in Potable Water System Jae Seong