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문제 정의
- 주요 해석결과로 flux 첨가량에 따라 슬래그 탭 하부에서 용융슬래그 및 고체 슬래그 두께, 슬래그의 점도, 용융슬래그의 점도 및 속도분포 등 슬래그 거동의 주요특성들을 예측하였다. 또한 가스화기 내부의 합성가스 온도가 변할 경우에 대해서도 용융 슬래그 및 고체 슬래그의 두께변화를 해석하여 가스화기 설계와 슬래그 배출을 원활히 할 수 있는 적정 운전조건도출에 기초자료로 활용할 수 있도록 하였다.
- 본 논문에는 상용급 가스화기 형상을 고려하여 슬래그의 거동을 정상상태로 해석할 수 있는 모델을 도출하였다. 도출된 슬래그 해석 모델을 사용하여 가스화기의 설계탄을 대상으로 flux로 석회석을 첨가하였을 경우에 첨가비율과 가스화기내의 합성가스 온도를 변경하여 가스화기 하부 슬래그 탭 부근에서의 슬래그 거동을 해석하였다.
가설 설정
- 이 값은 회성분 함량이 높은 300MW 급 IGCC용 가스화기의 설계탄을 기준으로 설계탄에 포함된 회성분의 약 75%가 슬래그로 배출되는 것으로 가정하여 산정한 값이다. Fig. 2에서 I부분의 상부에서 가스화기 벽면을 따라 4.0kg/s의 슬래그가 유입되는 것으로 가정하였다. 또한 I, II 및III 부분에 가스화기 벽면으로 ash가 퇴적되어 슬래그로 되는 총량은 0.
- ․ 고체 슬래그와 용융슬래그의 경계면에서의 온도는 임계온도(Tcv)이다.
- ․ 슬래그 유동은 정상상태(steady state)이다.
- ․ 슬래그 층을 통한 온도구배는 선형이다.
- ․ 열전달은 벽면에 수직이다.
- ․ 용융 슬래그의 흐름은 뉴톤 유동이다.
- ․ 합성가스와 용융슬래그 표면 간의 전단응력은 무시한다.
- 가스화기의 내경은 3m, 슬래그탭의 직경은 1m로 가정하고, 가스화기하부에서 슬래그 탭 홀로 연결되는 부분은 경사각도 β는 30°로 가정하여 해석하였다.
- 0kg/s의 슬래그가 유입되는 것으로 가정하였다. 또한 I, II 및III 부분에 가스화기 벽면으로 ash가 퇴적되어 슬래그로 되는 총량은 0.5kg/s으로 설정하였고, 가스화기 벽면에 퇴적되는 슬래그양은 가스화기 표면적에 비례하는 것으로 가정하여 해석하였다. 가스화기 내의 합성가스 온도는 1,400℃에서 1,600℃ 까지 50℃간격으로 증가시키면서 해석하였다.
- 여기서, Ai는 계산 제어체적 벽의 표면적, σ는 Stefan-Boltzmann 상수로 5.67 × 10-8W/m2K4이며, ε은 용융 슬래그의 흡수율이며 0.83으로 가정하였다.
- 5kg/s로 가정하였다. 이 값은 회성분 함량이 높은 300MW 급 IGCC용 가스화기의 설계탄을 기준으로 설계탄에 포함된 회성분의 약 75%가 슬래그로 배출되는 것으로 가정하여 산정한 값이다. Fig.
- 해석을 위해서는 전체 슬래그의 질량 유량은 4.5kg/s로 가정하였다. 이 값은 회성분 함량이 높은 300MW 급 IGCC용 가스화기의 설계탄을 기준으로 설계탄에 포함된 회성분의 약 75%가 슬래그로 배출되는 것으로 가정하여 산정한 값이다.
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