SRF를 이용한 열병합 연소시스템 개발을 위한 수치해석적 연구

Numerical Study on the Combustion System for Co-generation using the SRF

최근 국내에서 생활폐기물 소각로 신·증설에 대한 관심이 고조되면서 주민들의 민원과 우려가 급증하는 실정이다. 본 연구에서는 생활폐기물과 가연성 산업폐기물을 이용하여 생산할 수 있는 고품질 폐기물고형 연료제품 (solid refuse fuel; SRF)를 활용하여 화석연료를 대체할 수 있는 연소로 및 열회수 시스템 구축에 관하여 전산유체역학(CFD) 프로그램을 이용하였다. SRF는 폐기물 재활용 업체에서 생산한 것으로 저위발열량은 약 4,500kcal/kg 이다. 소형 연소로에서 SRF 연소용량은 0.5 톤/시간, 연소로 형태는 화격 자식이고 연소로와 열회수설비는 일체화된 것이다. 열병합발전에 적합한 SRF 최적 연소조건을 구하기 위하여 과잉공기비는 1.87, 1.77, 1.67 3 종류이다. CFD 프로그램을 이용하여 우선적으로 SRF 전용 연소로의 반웅장과 열유동 해석을 수행하여 연소로 출구 값을 계산한 후 이들 값을 후단 열교환설비 계산에 입구 조건으로 활용하였다. SRF 연소로 해석 결과 연소 보일러의 운전 조건에서는 과잉공기비가 클수록 불완전 연소물인 SRF 의 농도가 낮았고, 공해물질인 CO 와 SO₂ 농도는 적게 생성되었다. 후단 열교환기에서는 연소로 출구에서 평균 가스온도는 과잉공기비에 따라 약 lOK 차이가 있지만 열교환기 출구에서는 온도는 lK 정도로 줄어들었다. 열교환설비에서 회수한 스팀의 온도는 약 400°C 이고 압력은 40bar 이다. 이 스팀을 이용하여 전력을 생산할 경우 발전효율이 약 20~23%로 예측된다. 따라서 발생량이 꾸준히 증가하고 있는 가연성 폐기물의 활용도를 높이고 탄소중립에 기여할 수 있는 방안으로 화석연료 사용량을 획기적으로 줄여서 온실가스 발생을 저감하면서 전력생산과 폐열활용이 가능한 SRF 전용 복합발전 시스템 개발이 중요한 과제이다.