일반적으로 저급의 화석연료나 폐기물로부터 thermochemical conversion을 통해서 고급의 에너지를 얻는 전환기술은 열분해, 가스화, 액화, 연소 등을 들 수 있는데 이들 전환기술들은 반응 온도, 압력, 그리고 공급된 반응물 종류 및 유무에 따라 서로 다른 1차 생성물을 얻을 수 있으며 이들 1차 생성물들은 다시 사용 목적에 따라 여러 단계의 변환 공정을 통하여 최종적으로 유용한 생성물을 만들게 된다. 특히 폐기물을 대상으로 하는 가스화 공정은 환경문제와 에너지 효율을 동시에 접근할 수 있는 공정으로 각광을 받고 있다. 가연성 폐기물로부터 일산화탄소와 수소가 주성분인 합성 가스를 얻기 위한 주된 반응은 환원 반응이다. 이반응은 흡열반응으로 연이어서 발생하는 연소반응에서 생성된 열을 이용한다. 연소반응으로 생성된 CO2와 H2O를 환원시켜 결과적으로 CO와 H2를 생성한다.
CO2 + H2O → CO + H2
본 연구에서는 이러한 가스화 반응으로 얻어진 합성가스를 기존의 LNG 연소로에 적용할 때 내부 온도 및 유동의 변화를 해석하여 향후 가스화 공정으로부터 얻어진 합성가스의 산업 현장에의 적용가능성을 평가해 보고자 한다. 합성가스는 기체상 연료이므로 발열량의 차이는 존재하지만 기존의 LNG를 연료로 사용하고 있는 산업용 연소로에 버너의 큰 교체 없이 사용이 가능할 것으로 판단되며 내부 열유동에 큰 변화가 생기지 않는다면 가스화 장치로부터 얻어진 합성가스의 판로 개척에 일조를 할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 LNG를 연료로 사용하는 연소로를 대상으로 LNG의 70%를 합성가스 연료로 대체했을 때 연소로의 내부 열유동 해석 및 합성가스의 주입노즐 배치 및 주입 방법 등을 변화시켜 다양한 변수 연구를 수행하여 의미있는 결과를 도출하였다. 연구 결과 발열량 차이에 따라 주입량이 증가되므로 그 점을 감안하여 적절한 방법으로 주입하면 연소로 내부 열유동 분포의 큰 변화 없이 연료대체가 가능한 것으로 나타났다.

• 박민정(충남대학교 환경공학과)
• 신미수(충남대학교 환경공학과)
• 장동순(충남대학교 환경공학과)