Numerical Study for the Reacting Characteristics of Orimulsion Gasification

오리멀젼의 가스화 반응 특성에 관한 수치해석 연구

A numerical study for the turbulent reacting flow in an orimulsion gasifier has been carried out to analyze the characteristics of chemical reaction by orimulsion droplets. In this study, our interest has been focused on the effect of oxidizer to orimulsion ratio, which is one of the key parameters of gasification operation, as well as on the distribution of chemical species. In addition, we have conducted numerical calculations to understand the effect of droplet size, spray angle and injection velocity of fuel so as to acquire the basic information on the operating range of orimulsion gasifier. The result of numerical calculations showed that the gas composition of CO and H$_2$concentrations was the highest when the oxidizer to orimulsion ratio was about 0.88 and the reactivity of orimulsion increased as the droplet size reduced with proper spray angle. Also, we have carried out the analysis on the orimulsion gasification in the 100 ton/day-scale gasifier based upon the prior study in order to obtain the basic data for the proper operating condition using orimulsion feed.

본 연구에서는 오리멀젼을 연료로 하는 가스화기를 대상으로 전산유체역학 방법론을 적용하여 연료의 가스화 반응 특성을 파악하고자 하였다. 특히, 산화제의 양에 따른 가스화기내 생성 가스의 농도 분포를 예측해 보고, 분무되는 오리멀젼 액적의 직경 및 분사 각도, 그리고 연료 주입구에서의 유입 속도 변화등 연료의 유입 조건에 따른 반응장의 유동 특성을 고찰해 보았다. 본 연구에서는 산화제와 오리멀젼의 비가 0.88일 때 가스화 반응이 가장 활발히 진행되어 연료로서 효용 가치가 있는 CO, H$_2$의 농도가 출구에서 높게 나타났으며, 오리멀젼 액적의 직경이 작을수록 반응성이 좋았고, 분무 각도가 45$^{\circ}$로 유입될때 혼합 효과가 증대되었다. 따라서, 액적을 연료로하는 가스화기 운전시 유입되는 액적의 직경은 수십$\mu\textrm{m}$로 무화시켜 반응시키고, 벽면쪽으로 액적이 치우치지 않도록 적절한 각도로 분무시켜주는 것이 전체시스템의 효율을 항상시킬 수 있는 방안이라고 판단되었다. 또한 선행된 해석 결과를 토대로 100톤/일급 고온.고압 플랜트에 대한 해석을 수행하여 봄으로써 적절한 오리멀젼 가스화기 운전 조건의 기본 자료를 확보하고자 하였다.