The non-reacting flow field and the movement of sand particles inside a 30MW circulating fluidized bed combustor is numerically simulated via the finite volume method. The primary air is supplied through 23x23 array of nozzles located on the bottom and the secondary air is supplied through 12 inlet pipes located on the side walls. The steady state velocity field shows that a very complex flow pattern is formed in the lower part of the combustor. As the gas moves upward, the velocity magnitude decreases and the gas exits the combustor after hitting the top wall. To investigate the behavior of sand particles with different diameters, a particle tracking calculation is performed by introducing sand particles continuously at the z=3 m plane. For the given air flow rate condition, sand particles smaller than 0.3 mm show a complex movement pattern near the secondary air inlet and then rise toward the outlet.

여러 가지 다른 형태의 노즐을 공기 선회식 버너와 공기의 선회가 없는 버너(CB-125 Burner)에 장치하여 공기 분사식으로 오일을 분사하여 연소로에서 연소시켰다. 연소로는 길이 3m에 약 1m 상(3) 의 연소공간을 가졌으며 상부에는 열전대를 장치하고 하부에는 물이 흐르는 관을 설치하여 열효율을 계산할 수 있게 설계하였다. 연소로 연돌부에는 CO 하(2), CO, O 하(2) 가스 분석기를 사용하여 과잉공기량과 고온계로 배기가스 온도를 측정하도록 하였다. 모든 측정치는 연소곡선과 효율곡선에 의하여 얻어진 상수를 이용하여 계산한 연소로 성능방정식에 의하여 평가하였다. 실험치에 의해 계산한 벽면 열손실량과 열전달 공식에 의해 산출한 열손실량을 비교 분석하여 측정치의 정확도를 추정하고 과잉공기의 효과도 검토하였다. 그 결과 본 연구에서 사용된 두 종류의 버너와 여러 형태의 노즐이 오일 연소시 열효율 면에서 큰 차이를 보이지 않고 있음을 알았다.

국제적 폐기물관리의 패러다임이 변화하면서 자원순환형 기술개발의 수요가 증가하고 있는 추세이다. 이러한 변화에 영향을 받아 국내 정책 또한 저에너지소비형 자원순환 사회 구축을 위한 변화가 요구되고 있다. 1992년 리우지구정상회담 이후 지속가능 발전이 국제사회가 추구해야할 목표로 제시되었으며 2002년 지속가능 발전 정상회담(WSSD) 등을 통해 범지구적인 규제와 협약들이 만들어지고 있다. 최근 2016년 파리에서 열린 기후변화협약에서 기존의 기후체재보다 강제성을 띈 규제의 발현을 위해 노력하고 있다. 우리나라는 신기후변화체재의 대응을 위해 2016년 제1차 기후변화대응 기본계획을 수립하였으며, 저탄소 에너지 정책으로의 전환, 탄소시장 활용을 통한 비용효과적 감축, 기후변화대응 신산업 육성 및 신기술 연구투자 확대와 같은 정책적 흐름을 만들고 있다. 지속가능 발전은 기후변화에 대한 대응과 신재생에너지관련 정책에 있어서 자원순환형 사회 구축과 저에너지소비형 기술개발이라는 동일한 목표를 내포하고 있다. 2020년까지 국내 1차 에너지 중 5.0%를 신재생에너지로 대체할 계획이며 전체 신재생 에너지 중 폐기물의 비중은 약 50%에 해당되는 만큼 매우 중요한 에너지자원으로 인식되고 있다. 본 연구에서는 폐기물의 자원화 방법 중 고형연료 제조기술로 생산된 SRF를 이용하여 공기비와 화상부화율의 변화에 따른 연소특성의 변화에 대해 주목하였다. 연소로의 로내 온도 변화와 연소가스의 조성, 가스상/입자상오염물질의 배출 특성을 비교하여 그 변화를 분석하였다.

The synthetic gas obtained from the gasification of waste material becomes more important not only in waste reduction but also for the generation of clean energy directly applicable to industrial combustors firing LNG fuel without any major modification of the boiler system. Therefore, in this study, a systematic calculation was made for the turbulent reaction inside a conventional LNG combustor to determine the temperature distribution and fluid flow field. By doing this, the syngas obtained from gasification of combustible waste could be evaluated for the potential applicability of syngas as a substitute for LNG fuel in the industrial field. In this calculation, the ratio of the syngas amount to the LNG amount was fixed. That is, based on calorific value, 70% of the fuel was syngas and 30% was LNG. Since the calorific value of the syngas was different from that of LNG with a high energy density, the different volumetric flow rate was expected to give rise to a visible flow field change together with the local velocity. Thus, in this study, the swirl intensity and the inlet nozzle diameter were varied carefully in order to resolve the flow field and turbulence effects on the reaction characteristics of the co-burning flame. First of all, the calculation result of pure LNG combustion was made successfully as a reference and for evaluation of the code implementation. The results obtained from the numerical simulation of the burning of syngas in the LNG boiler could duplicate the combustion feature almost similar to that of 100% LNG fuels by changing the injection method of the syngas without any major change of the boiler system. The results suggested the high potential of syngas as an economic substitute for conventional LNG fuel.

Analyzing results of exhaust gas of solid fuel burning are investigated with measuring position in a pilot scale MILD(Moderate and Intense Low oxygen Dilution) combustor using high temperature exhaust gas recirculation. Flue gas hasbeen measured at exit of combustion chamber and stack, especially. Oxygen concentration measured at stack is higherand carbon dioxide concentration is lower than that measured at exit of combustion chamber, because air flows into theflue gas from the post-treatment facilities, such as gas cooler and bag filter, due to negative pressure caused by inducedblower. Low carbon dioxide concentration can cause an error which estimates higher air ratio than actual air flow rateneeded for complete combustion. Average calculated concentration of measured nitric oxide and carbon monoxide forreference concentration of 6% oxygen have no notable difference with measuring position. But, time resolution of thedata measured at exit of combustion chamber is better than that measured at stack. It is confirmed that MILD combustionof solid fuel of pulverized coal using high temperature exhaust gas recirculation can reduce dramatically nitric oxideemission.

폐기물의 에너지화는 경제, 산업, 공공정책 등 국가적으로 다양한 분야에 상당한 관심이 집중되어 있는 분야이다. 폐자원 에너지화 기술은 현재는 소각과 퇴비화에서 점차 소각+에너지회수, 가스화, RDF/RPF 등 고형연료화, 바이오 가스화 등으로 변화하고 있다. 그중 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. 본 연구에서는 폐기물 가스화를 통하여 얻어진 합성가스를 기존의 LNG 연소로에 혼소하여 연소특성을 연구하고자 한다. 가스화 연료를 생산하여도 수요처가 없다면 경제성이 떨어지는 것에 착안하여 기존에 LNG 연료를 사용하는 연소로에 일부를 혼소시켜 열유동의 안정성도 어느 정도 확보하면서 상대적으로 가격이 저렴한 합성연료를 사용함으로써 연료비를 절감하는데 일조하고자 한다. 연구결과를 살펴보면 폐기물 가스화 합성연료를 사용함에 따라 전반적인 연소성능은 유사한 경향을 보였으나 화염의 형태가 ‘intensive’ 한 형상에서 좀 더 ‘broadening’ 해진 형상으로 전이되어 감을 확인하였다. 또한 LNG 연소로의 swirl버너에서 관찰되던 중앙재순환 영역(CTRZ:Central Toroidal Recirculation Zone)의 소멸과 화염의 부분적인 lift-off 현상이 관찰되었다. 그러나 전반적인 연소성능은 유사한 형태를 나타내어 향후 버너부근의 혼합강화를 위하여 운전조건을 변화시켜 연구를 지속적으로 수행한다면 LNG에 비해 상대적으로 발열량이 낮고 주입량이 많은 합성연료의 불리한 점을 충분히 보완할 수 있을 것으로 판단된다.

MILD (Moderate and Intense Low oxygen Dilution) combustion using high temperature exhaust gas recirculation is applied to solid fuels of dried sewage sludge and pulverized coal combustion to investigate the effect of reduction of NOx emission in a pilot scale combustor. High temperature exhaust gas recirculation is accomplished by entraining high temperature exhaust gas to air jets at just exit of the combustion chamber without a heat exchanger. High temperature exhaust gas recirculation makes the solid fuel flame stable and extremely uniform color and uniform temperature distribution. NOx concentration at the combustor exit was 62% and 40% less in the high temperature exhaust recirculation MILD combustion compared with the conventional combustion using air jet only for sewage sludge and pulverized coal respectively.