Up to the present time, the circulating fluidized bed (CFB) boiler has widely used and increased boiler capacity because of its many advantages. In order to maintain the optimal operation condition and ensure the maximum boiler efficiency, boiler performance prediction is essential. So far, many works have been done on boiler performance prediction of the CFB boiler. Most of them considered the steady-state of CFB boiler and few reported modeling of transient state of CFB boiler. However, the boiler often experiences many transient states by the external environment changes such as the load variation and operation condition changes during the operation. Therefore, it is important to predict the dynamic performance of boiler. Especially, unlike the pulverized coal (PC) boiler, the CFB boiler has a large amount of solid particles in furnace and CFB loop. So understanding the dynamic behavior of solid side and the effect of solid on the entire boiler system is very important. However few reported CFB dynamic model that considers the gas-solid side, the water- steam side and the wall side. Also, most models were developed for experimental equipment or pilot plant. Hence, in this work, a dynamic performance modeling of a large CFB boiler has been done.
In this model, particle size distribution, terminal velocity, minimum fluidized velocity, solid circulation rate and pressure drop in furnace were calculated for modeling solid dynamic behavior. The total model was applied to cell approach method to calculate the water-steam side and the gas side. ‘Core-annulus’ construction was used on furnace modeling to describe the radial distribution of solid particles and clusters. Solid side was validated by the IEA-CFB model and the water-steam and gas side was validated by the operation data.
Performance prediction was carried out on large boiler with 1025 t/h steam production and 340MW power generation. Performance simulations were carried out to a long time operation, full load range operation, shut down and a dynamic behavior of solid side.
The purpose of this study is to understand the dynamic behavior of solid side and develop a dynamic performance prediction model which considers the gas-solid side, the water-steam side and the wall side and simulate performance prediction under various operation conditions.
지금까지 순환 유동층 보일러는 여러 장점으로 인해 널리 보급되고 있고 보일러 용량도 커진다. 최적의 운전조건과 최대의 보일러 효율을 유지하기 위해 보일러 성능 평가는 필수적이다. 지금까지 많은 연구들에서 순환 유동층 보일러의 성능 예측이 이루어져 왔다. 대부분의 연구가 정상상태 성능예측이 중점적으로 이루어져 왔고 비정상 성능 예측은 드물다. 그러나 보일러는 부하변동, 운전조건 변화와 같이 외부 환경변화에 의해 동적 상황을 자주 겪는다. 따라서 보일러의 동적 성능예측이 중요하다. 특히 미분탄 보일러와는 달리 순환 유동층 보일러는 많은 양의 고체가 연소실과 CFB loop에 존재한다. 그래서 고체 측의 동적 거동을 이해하는 것과 보일러 전체 시스템에서 고체 측의 영향을 파악하는 것이 매우 중요하다. 그러나 가스-고체 측, 물-증기 측 과 벽 측을 모두 고려한 순환유동층 동적 모델은 거의 없다. 또한 대부분 개발된 모델에서 대상 보일러는 랩스케일 대상 보일러이다. 따라서 본 연구에서는 대용량 보일러 대상으로 모델링이 진행 되었다. 본 모델에서는 고체 측 동적 거동을 해석하기 위해 입자크기분포, 최소유동화 속도, 입자 종말 속도, 고체 순환율, 연소실 압력강하가 계산 되었다. 물 증기 측과 가스 측은 셀 접근방법을 사용하였다. 연소실은 축 방향 고체 분포를 해석하기 위해 core-annulus 모델을 적용하였다. 고체 측은 IEA-CFB 모델과 검증을 진행 하였고 가스 측은 운전 데이터와 진행 하였다.
성능 예측은 증기량이 1025t/h, 340MW인 대용량 보일러를 대상으로 이루어져 왔다. 성능모사는 장시간 운전, 전 부하 운전, shut down, 고체 측 동적 거동에 대해서 진행 하였다.
본 연구의 목적은 고체 측 동적 거동이해와 전체 계통을 고려한 동적 성능 모델 개발에 있다. 또한 이런 모델을 바탕으로 보일러의 성능 모사를 진행 하였다.
