A Study on Waste Heat Recycling of Plasma Melting System

플라즈마 용융 공정시의 폐열 재활용 연구

The purpose of this research is to design an imitation boiler similar to the waste heat boiler installed on a plasma melting furnace in order to acquire a capability of a thermal design as to the circulation of heat and the discharge of noxious gas inside a boiler and to improve the efficiency of a waste heat boiler using the CFD (Computation Fluid Dynamics) program. The position of corrosion and the generation of a clinker inside a boiler due to temperature changes, combustion gas flows, and corrosive gases inside a boiler are examined to design the structure of an efficient boiler and recycle energy. As a result of this research, the boiler installed on a plasma melting furnace met the conditions of design by cooling the combustion gases discharged after the second combustion from an exhaust port, originally at 1,200 degrees Celsius, down to around 450 degrees Celsius. On the other hand, the circulation of corrosive gases (SOx and HCL) may lead to the generation of corrosion or a clinker in the upper and lower parts of an exhaust port more easily than any other parts of a boiler. Accordingly, the corrosion on the inside and outside walls of a boiler may result in a shortened lifespan of a boiler and an inability to recycle waste heat in an efficient manner. A prevention against corrosion at high and low temperatures needs to be considered in detail.

플라즈마 용융로에 설치된 폐열 보일러를 실측치와 근접한 모의 보일러를 설계하여 CFD(전산유체역학) 프로그램을 이용하여 얻어진 보일러 내에서의 유해가스발생 및 열 유동현상에 대한 열 설계 능력 확보와 폐열보일러 효율 개선에 대한 연구를 수행하는데 목적이 있다. 보일러 내에서의 온도변화 및 연소가스의 공기 유동, 부식성 가스의 영향으로 인해 보일러 내부에서의 부식위치 및 클링커 생성여부에 관한 연구를 통해 효율적인 보일러의 구조 설계 및 에너지 재활용방안에 이용하고자 한다. 연구결과 플라즈마 용융로에 설치된 보일러 설비는 2차 연소로 출구에서 배출되는 약 $1,200^{\circ}C$의 연소가스를 약 $450^{\circ}C$까지 냉각시킬 수 있는 설계조건을 만족시켰다. 반면 유해가스 유동 결과 보일러 입구 부분의 상단부와 하단부에 부식성 가스 (SOx, HCl)의 영향으로 인하여 부식 및 클링커 생성이 보일러의 다른 위치보다 쉽게 발생될 것으로 예상된다. 이로 인해 보일러 내 외관벽의 부식으로 보일러의 수명 단축 및 효율적인 폐열을 재활용 할 수 없다고 예상된다. 이에 따른 저온 및 고온 부식 방지대책에 대한 세심한 고려가 필요하다 하겠다.