Gasification characteristics in the fluidized bed reactor are essential for design of a gasification furnace to optimize the operation condition. Moisture content of solid fuel is one of important factors to influence directly the gasification characteristics. So it is necessary to investigate the effect of moisture content of solid fuel in gasification process.
Gasification characteristics are typically reported with results from thermogravimetric analyser and lab-scale fluidized bed reactor for wood and RDF samples along with changing moisture contents. And lab-scale fluidized bed reactor was run continuously and gas concentrations at the exit were measured.
It is observed that the rate of reaction in partial oxidation condition is in the middle between combustion environment and inert condition. Moisture content in a particle slows down the heating rate of a particle. So, reaction time is delayed by the moisture content. However, RDF samples that are easy to break-up don't show the effect of moisture content. The results of continuous operation condition shows that proper moisture content promotes gasification because steam from particles helps the gasifcation of sold fuel. And it is discussed the way to apply these analysis results to gasification furnace.
유동층 가스화로의 설계를 위해서는 우선 대상연료에 대한 적절한 모델을 이용하여 특성을 예측함으로써 최적 설계를 위한 각 설계변수의 최적범위를 미리 결정하는 것이 바람직하다. 이를 위해 고체 연료의 수분함량에 따른 가스화 특성과 부분 산화와 입자 특성에 관련하여 영향을 파악하였으며 설계에 활용할 방안을 마련해 보았다.
부분산화 분위기에서 고체 연료의 특성을 파악하기 위해서 원소분석과 열중량 분석을 통해 대상 연료의 기초 특성을 알아보았고 유동층에서의 가스화 특성을 알아보기 이전에 유동화 되지 않은 고정된 상태에서 열중량 분석 장치를 사용하였다. 그리고 유사한 유동층 가스화 환경을 모사하기 위해서 실험실 규모의 유동층 반응기를 사용하여 단입자 실험과 연속운전 실험을 수행하였다.
이와 같은 실험을 통해 부분산화 분위기에서 반응속도는 충분한 산소 분위기와 무산소 분위기 사이에 존재함을 확인하였다. 입자 특성에 관해서는 수분함량의 영향으로 입자의 온도 증가율이 둔화되어 반응속도가 감소함을 확인하였다. 또한 연속운전을 통해서 입자내의 수분이 건조 되면서 일종의 가스화제로 작용하여 가스화를 더욱 촉진시키게 됨을 확인 하였다. 덩어리 입자의 영향으로 나무의 경우는 내외부의 온도차로 인해 입자 내부의 열전달의 영향으로 반응 속도에 영향을 주었다. 하지만 RDF는 수분함량이 증가해도 입자의 크기나 강도의 영향으로 이동 정도가 크지 않았다. RDF의 특성상 입자의 결합력이 떨어지므로 파쇄 현상이 이뤄졌기 때문으로 사료된다.
또한 실험을 통해 얻어진 데이터를 직접 설계에 적용해 보았다. 기존의 소각로의 설계 기준을 이용하여 적정한 크기 범위를 유추하였고 입자 특성에 따른 연료의 특성 평가를 고려하여 설계 방안을 제시하였다.
하지만 제한적인 실험 조건으로 설계 사용범위의 제한이 있었다. 설계 및 운전에 많은 영향을 미칠 인자들에 대한 종합적이고 활용범위의 폭을 넓히기 위한 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
