폐기물 가스화 연료를 혼합한 혼합연료의 연소특성에 대한 연구

국문 초록 (Abstract)

폐기물 에너지화 기술은 3R(Reduce, Reuse, Recycle) 이후 다양한 분야에서 영향력이 커지고 있는 기술로써, 기존에는 폐기되던 가연성 폐기물 및 매립가스, 산업폐가스 등을 열화학적 또는 생물학적 방법으로 에너지화하는 기술이다. 폐자원 에너지화 기술은 과거의 소각 및 퇴비화 등의 기술에서 점차 소각 시 에너지회수, 고형연료화(RDF 등) 가스화 등의 기술로 발전하고 있다. 이 중 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. 많은 기존의 연구를 통해서 합성가스와 LNG 혼소의 기본적인 연소 특성에 대해서는 알려진 바가 많으나, 합성가스와 LNG 혼소 시에는 연료의 혼합 비율에 따라 화염의 형태 뿐 아니라 연소 효율에 영향을 미치는 안정성도한 바뀌게 된다. 따라서 기존의 LNG에 일정량의 폐기물 가스화 합성가스를 혼소하여 연소특성 및 안정성을 확인함으로써 기존의 LNG 연료를 사용하는 연소로에 적용할 수 있도록하여 저렴한 합성 연료를 생산할 수 있도록 하고자 한다.
본 연구는 선행연구로서, 폐기물가스화 연료(70%)와 LNG(30%)의 혼합연료를 순수한 LNG 연료와 총 주입된 열량을 같도록 유지하면서 비교하였다. 그 결과 혼합연료가 100% LNG 연료보다 더 넓은 화염의 형태를 나타내었다. 또한 CTRZ(Central Toroidal Recirculation Zone)이 나타나지 않았고, 버너에서 가까운 강력한 소용돌이 주변에서 부분적인 화염의 lift-off에 의해 화염이 사라지는 현상 또한 관찰되었다. 혼합 연료에서 나타나는 이런 현상들은 저열량의 연료 혼합에 따른 질량 증가에 의해 속도와 난류 응력(Turbulence Stress)의 영향이 커졌기 때문으로 판단된다. 연소반응에 있어서 열량과 안정성의 측면에서 화염의 안정성이 중요하기 때문에 연료의 변화에 따른 다양한 운전 변수 및 주입 방법에 대하여 수치해석적 연구를 수행하여 연소 특성에 대한 좀더 체계적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.