한국폐기물자원순환학회 학술대회자료집 2013년 추계학술발표회 논문집 (p.22-22)

고정층 가스화 장치에 대한 수치 해석적 설계 연구

키워드 :
고정층,가스화,폐기물연료,수치해석

초록

화석에너지의 고갈과 지구온난화 등 범지구적인 문제가 전 세계적인 당면과제로 떠오르면서 기존의 폐기물 처리・처분에 패러다임은 폐자원 에너지화라는 새로운 패러다임으로 변화하고 있다. 특히 우리나라의 경우 에너지 수입의존도가 높고, 국내 신재생에너지 보급 현황 중 폐기물 에너지가 차지하는 부분이 차지하는 비중에 가장 높기 때문에 그 중요성이 다른 나라에 비해 더욱 높다 할 수 있다. 폐기물 가스화 기술은 폐기물을 이용한 다양한 에너지원으로 자원화 하는 기술로서 가스화를 통해 생산된 합성가스를 이용하는 산업과 밀접한 연관성을 갖고 있다. 가스화 공정은 석탄, 중질 잔사유, 석유코크스, 바이오매스, 폐기물 등의 탄소를 함유하는 모든 물질에서 H₂와 CO의 합성가스를 생성하는 공정이다. 현재 대부분의 연구들이 석탄의 가스화 특성에 초점을 맞추고 있으나 본 연구에서는 가스화하는 연료의 범위를 폐기물, 즉 바이오매스인 wood, rice husk, saw dust 등으로 반응기 내 가스화 특성에 대하여 수치해석을 수행하고자 한다. 본 연구에서는 가스화 장치 중에서 고정층 가스화 장치에 대한 연구를 수행하였으며 가스화 장치의 다양한 형상 및 입출구 조건, 가연성 폐기물의 조건에 대하여 수치해석적인 연구방법을 통하여 다양한 변수연구를 수행하였다. 이전의 일련의 연구를 통하여 폐기물 연료 중 RPF를 사용한 경우 가스화 효율 향상을 위한 최적의 당량비와 S/C(steam/carbon)비에 대하여 의미 있는 결과를 도출하였으며 이런 기본적인 연구결과를 바탕으로 폐기물의 종류 및 스팀의 주입각, 고정층 가스화 장치의 형상 변화에 대한 연구를 수행하여 결과를 도출하였다. 장치의 형상 변화에 따라 내부 열유동 양상이 다르게 나타나므로 이것은 설치할 위치는 공간을 고려하여 각각 연구를 해야 하는 부분이라고 판단된다. 스팀의 주입각은 가스화제들의 혼합효율에 영향을 주어 혼합이 가장 양호하게 되는 90° 주입각을 가질 때 미분탄소의 양이 가장 적게 배출되면서 CO와 H₂의 발생량이 증가된 것으로 나타났다. 폐기물의 종류에 따른 연구는 폐타이어, 폐합성수지, 폐지, 폐목재에 대한 연구를 수행하였는데 각각의 폐기물마다 원소분석치가 다르기 때문에 상대적으로 탄소(C)성분이 적은 폐지와 폐목재의 경우 RPF에 비해 상대적으로 가스화반응과 관계가 있는 CO의 발생량이 감소한 것으로 나타났다.