CFD Analysis of Thermal and Flow Characteristics inside the Chlorine By-pass Probe of an Industrial Cement Rotary Kiln

시멘트 소성로에서 폐합성수지 연소를 통해 발생하는 염소 성분을 지속적으로 제거할 수 있는 염소 바이패스 프로브 장치 내부 가스 거동에 대한 전산유체해석을 수행하였다. 본 연구에서는 프로브 외관 원통 측면에 수직한 방향으로 냉각공기가 유입되는 유입구가 1개인 바이패스 프로브 형상을 기반으로 10% 바이패스율 조건에서의 프로브 내부 고온가스의 분포를 분석하였다. 프로브 출구 압력조건을 조정하는 반복적인 수치해석을 통해 목표 바이패스율을 만족시켰다. 계산 결과 프로브 시작부에서 원형 덩어리에 가까웠던 고온가스부가 중심선을 따라 이동하면서 점차 위로 볼록한 형태로 발달하여 고온부의 양단이 프로브 내관의 내벽에 접하는 형태가 나타났다. 기하학적 형상과 냉각공기 유입의 영향으로 프로브 주 추기관 상부에 비교적 큰 사이즈의 속도가 느린 재순환 영역이 형성되었다. 이로인해 프로브 하단부에 고온가스가 빠르게 흘러가는 영역이 형성되고 충분히 냉각되지 못하여 프로브 출구 근처에서 최고온도가 관찰되었다. 프로브 중심선을 따라 고온가스부가 효과적으로 냉각되고 프로브 유출구 면에서 균일한 온도 분포를 가지는 개선된 디자인에 관한 추가적인 연구가 필요하다.