0.1MWth급 순환 유동층 연소기를 모사한 냉간 유동층 반응기의 수력학적 특성 파악

Hydrodynamic characteristics of a 0.1 MWth-scale CFB cold model

CFB보일러는 연소로 내 입자(석탄, 석회석, 회 등)의 유동 및 순환을 통한 연소 방식으로, 뛰어난 연료 적응성으로 인해 다양한 저급 연료(저급탄, 바이오매스, 폐기물에너지 등)를 활용할 수 있는 장점과 900℃ 이하의 운전 온도로 인해 NOx 발생이 적고, 연소 시 석회석을 투입하여 별도의 탈황, 탈질 설비가 불필요하다는 장점을 가진다[1]. 순환 유동층 보일러는 고체 순환량과 이에 따른 압력 분포의 예측이 매우 중요 하지만 고온 유동사를 이용하는 실제 환경에서 순환 유동층 보일러의 상세한 수력학적 특성을 파악하는 것은 현실적으로 어려운 경우가 많다[2]. 이를 위해 고온, 대형 유동층 보일러의 수력학적 특성을 상사한 상온, 소형 냉간장치를 활용하는 방법론이 이용고 있다. 본 연구에서는 0.1 MWth 순환 유동층 연소기를 대상으로 실규모 연소기의 형상 정보(내경 150mm, 높이 10m)와 수력학적 특성을 지배하는 3개의 물리량을 대표하는 상사 인자(parameter) 그리고 실제 연소기와 동일한 유동화 영역에 사용되는 층물질(bed material)을 대상으로 Glicksman이 제안한 상사법칙을 사용하여 1/4 배로 축소 설계된 냉간 장치를 구축하여 실험을 수행하였다. 차압계 (DPLH series, Sensys)를 사용하여 냉간 유동층 실험의 압력 분포 및 고체 체류량을 측정하였다. 그 후 냉간장치 실험결과를 0.1 MWth 순환 유동층 연소기 실험결과, 유동층 상용 수치해석 프로그램인 BARRACUDA를 활용한 3차원 수치해석 결과와 상호 비교하여 연소기 내부의 유동특성과 상사법칙의 유효성을 평가 하였다. 추가적으로, 분산판의 형태에 따른 수력학적 특성의 차이를 알아보고자 perforate형, nozzle형으로 실험을 진행하였다.