A Numerical Calculation for the Optimum Operation of Cyclone-based Combustion System

This research carried out a 3-dimensional simulation using computerized fluid dynamics (CFD) for the flow characteristics, temperature distribution, velocity distribution and residence time, etc. in a reactor in order to derive the optimal combustion conditions of an innovative combustion system. The area-weighted average temperature of the outlet of a furnace during combustion at a condition of fuel input rate 1.5 ton/hr, residence time 1.25 sec and air/fuel ratio 2.1 was $1,077^{\circ}C$, which is a suitable temperature for energy recovery and treatment of air pollutants. Exhaust gas is discharged through a duct at a 40~50 m/s maximum speed along strong vortexes at the center of a combustion chamber, so strong turbulence is created at the center of a combustion chamber to enhance the combustion speed and combustion efficiency. In this system, the optimum operation conditions to prevent incomplete combustion and suppress the formation of thermal NOx were air/fuel ratio 1.9~2.1 and fuel input rate 1.25~1.5 ton/hr.

선회류 방식 연소시스템의 최적 조업을 위한 수치해석

본 연구에서는 혁신적인 연소시스템의 최적 연소조건을 도출하기 위해 반응기 내부 유동 특성, 온도분포, 속도분포 및 체류시간 등에 대해 전산유체역학(CFD)을 이용한 3차원 모사를 수행하였다. 연료 투입량 1.5 ton/hr, 체류시간 1.25초, 공기비 2.1의 조건에서 연소시킬 때 로의 출구의 면적가중(area-weighted) 평균온도는 $1,077^{\circ}C$로 나타나 에너지 회수 및 유해가스 처리에 적합한 온도임을 알 수 있었다. 배가스는 연소실 중앙부위에서 강한 선회류를 따라 최고속도 약 40~50 m/s로 덕트를 통해 배출되므로 연소실의 중심부에 강한 난류가 형성되어 연소 속도 및 연소 효율이 향상되는 것으로 나타났다. 본 시스템의 경우, 불완전 연소를 방지하고 또한 thermal NOx의 생성도 억제하기 위한 적정 조업조건은 공기비 1.9~2.1, 연료 투입량 1.25~1.5 ton/hr 정도인 것으로 나타났다.