Numerical Study for the Optimal Operation of Semi Dry Reactor(SDR)

SDR 반응의 운전 최적화를 위한 전산 해석

본 연구에서는 3차원 수치 해석 기법으로 SDR 반응기 내 유동 특성을 모사하여 유동 분포 및 체류 시간등을 확인하고 혼합 특성 개선을 위한 방법에 대해 연구하였다. 본 연구 대상 SDR 반응기는 입구 덕트와 반응기 본체의 접속 구간에 가이드 베인(Guide vane)이 설치되어 있고 그 바로 하부 지점에 흡수제를 분무하는 노즐이 설치되어 있다. 이는 처리가스가 반응기로 유입될 때 가이드 베인에 의해 선회류를 형성하여 분무된 흡수제와의 혼합을 촉진시키기 위한 목적으로 설치하였다. 시간당 1,971$m^3/min$ at $260^{\circ}C$의 처리가스가 반응기 상부로 유입되어 가이드 베인을 거쳐 선회류를 형성한 후흡수제와 혼합되어 하부로 배출되는 구조이다. 유동 특성을 분석한 결과, 처리가스가 반응기 중앙으로 강하게 편중되고 있었으며 반응기 양 측면으로 부상 기류가 형성되고 있음을 확인할 수 있다. 또한 강한 편류에 의해 체류시간도 매우 짧은 것으로 판단되는 바, 가이드 베인의 기류 안내 각도가 적합하지 못함을 확인할 수 있었다. 이는 곧 혼합 특성 저하에 따른 미반응 액적의 다량 발생과 함께 고착에 의한 스케일 형성 가능성이 매우 클 것으로 예상되므로 혼합 특성을 개선할 수 있는 설계 변경이 필요할 것으로 판단되었다. 따라서 편류를 해소하고 노즐 근처에서의 체공시간을 확보할 수 있도록 가이드 베인의 안내 각도를 더 크게 변경한 결과, 기존 설계상에서 본체 중앙에 형성되는 편류가 해소되고 선회류의 전개 각도가 커지면서 체류시간 역시 약 5초 이상으로 유지되고 있음을 확인할 수 있었다. 따라서 가이드 베인의 각도만 변경하더라도 본체 형상의 추가적인 변경없이 유동의 혼합 특성을 개선시킬 수 있을 것으로 판단되었다.