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순환유동층 바이오매스 연소에서 2차원모델링

전문가 제언: ○ 바이오매스는 수분과 휘발분이 석탄과 달리 크게 높아서 연소는 건조, 탈휘발화 그리고 char의 연소로 이행하며, 이외에도 입자의 크기와 형상은 연소반응과 성능에 크게 영향을 미친다.

○ 이러한 연소반응은 수십 단계의 화학반응을 거쳐서 에너지를 생성하게 되므로 유체역학적 모델링기법을 도입하여 성능을 예측하게 된다. 초기엔 계산시간 소요 등의 이유로 단순화하여 1차원모델로 적용해서 열정산과 대류복사 열전달의 에너지 정산 등을 다루었으나, 바이오매스의 경우엔 입자형상이 불규칙해서 탈휘발화 시간 등을 충분히 예측하려면 FLUENT, CFX 등의 2차원모델을 적용한다.

○ 최근엔 전산유체역학의 눈부신 발전과 컴퓨터 연산능력의 확장으로 대규모 수치해석이 가능함에 따라서 다차원모델까지 나오고 있어, 석탄가스화 복합발전(IGCC) 등 대규모 산업용 플랜트의 연소반응과 성능해석에 활용하고 있다.

○ 이 글은 5가지 다양한 바이오매스의 종류별로 순환식 유동층(CFB)연소로에서 유체역학적 및 동역학적 모델을 적용하고 그 계산결과와 실제규모 연소로의 계측치를 비교평가하고 있는데, 잘 일치하고 있어서 연소로의 설계나 관련기기의 설계에 무리가 없을 것임을 보여준다.

○ 우리나라에서도 기포식 유동층을 포함한 CFB 연소기술에 대한 많은 모델링 활용사례가 있어서 석탄이용기술이나 RDF연소로에 이용하고 있는데, 바이오매스에 대해서는 상대적으로 많지 않다. CFB의 실제 규모 플랜트의 운용경험과 최신 모델링의 기법을 활용한다면, 특정 바이오매스에 대해서도 만족할만한 모사결과를 얻을 수 있을 것으로 기대한다.

저자: Afsin Gungor
자료유형: 학술정보