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현재 우리나라에서는 벙커유(B-A, B-C) 등의 중유가 전체 사용되는 액체 연료의 31.4%를 차지하고 있으며, 이들은 주로 산업시설 및 발전시설에 활용되고 있다. 이러한 중유 연소시설에서는 인체에 유해성이 큰 마이크론 크기 이하의 미세 입자들이 대기로 배출되고 있어, 중유를 사용하는 산업용 보일러 및 발전용 보일러는 입자상 오염물질의 주요 발생원으로 인식되고 있다. 특히, 이러한 시설에서 배출되는 미세 입자에는 액체연료에 포함되어 있던 무기물 및 유해중금속이 많이 포함되어 있다. 이러한 미세입자 중 금속입자(Ni, V)의 배출특성을 Computer code를 이용하여 예측하고 실제 운전되고 있는 산업용 보일러2기, 중유발전소 1기, 미국 EPA의 Pilot-Scale Refractory Combustor와 실험실 규모의 drop-tube furnace를 이용하여 제시하였다. CEA computer code의 예측 결과 Ni, V 모두 황의 영향을 받아 저온에서 황화합물이 지배적이다. 특히 주 연소온도가 되는 1,000-1,900K 범위의 주 ...

현재 우리나라에서는 벙커유(B-A, B-C) 등의 중유가 전체 사용되는 액체 연료의 31.4%를 차지하고 있으며, 이들은 주로 산업시설 및 발전시설에 활용되고 있다. 이러한 중유 연소시설에서는 인체에 유해성이 큰 마이크론 크기 이하의 미세 입자들이 대기로 배출되고 있어, 중유를 사용하는 산업용 보일러 및 발전용 보일러는 입자상 오염물질의 주요 발생원으로 인식되고 있다. 특히, 이러한 시설에서 배출되는 미세 입자에는 액체연료에 포함되어 있던 무기물 및 유해중금속이 많이 포함되어 있다. 이러한 미세입자 중 금속입자(Ni, V)의 배출특성을 Computer code를 이용하여 예측하고 실제 운전되고 있는 산업용 보일러2기, 중유발전소 1기, 미국 EPA의 Pilot-Scale Refractory Combustor와 실험실 규모의 drop-tube furnace를 이용하여 제시하였다. CEA computer code의 예측 결과 Ni, V 모두 황의 영향을 받아 저온에서 황화합물이 지배적이다. 특히 주 연소온도가 되는 1,000-1,900K 범위의 주 화학종은 NiO, V_(2)O_(5)와 V_(2)O_(4) 임을 예측할 수 있었고, 1,400K에서 휘발이 시작되어 1,700K에서는 완전히 휘발이 되는 것으로 나타났다. MAEROS2의 예측 결과 시간이 지남에 따라 Peak 농도가 줄어들면서 입자의 cut size가 커가고 있는 것을 알 수 있다. 온도, 압력, 초기농도, 입경이 다른 ash등의 조건을 변화 시켜 각각의 경향을 예측한 결과 온도, 압력, 입경이 다른 ash의 경우 입자의 성장 속도와 peak입경의 변화가 크게 없었으나 초기농도의 변화를 주었을 경우 입경의 성장이 빨라지는 것을 확인할 수 있었다. Pilot-Scale Refractory Combustor에서 실험한 No. 6 oil의 입도분포는 작은 입자의 부피농도가 더 높게 나타났다. 이는 작은 입자의 개수가 더 많음을 의미하며 배출시 인체에 해로운 영향을 미칠 수 있음을 의미한다. 국내의 drop-tube furnace에서 실험한 국내 중유의 입도 분포는 입경이 작을수록 더 높은 mass fraction을 나타내었다. 또한 0.1um 이하의 입경에서 50% 이상의 높은 mass fraction을 나타내었다. Ni과 V은 0.1㎛와 1㎛에서 이봉분포를 나타내었으며, 실제 운전되고 있는 보일러 시설의 경우 방지시설 후단에서 1㎛이하에서만 peak 값이 나타났다. 이는 방지 시설에서 1㎛이상의 입자는 제거되고 그 이하의 입자는 제어되지 않는 것으로 판단된다. 또한 Ni의 mass fraction도 작은 입자에서 높은 값을 나타내었으며 PM-10과 TPM의 Ni enrichment는 PM-10이 더 높은 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

In Korea, heavy fuel oil including bunker A or C oil comprises 31.4% of whole liquid fuel used in its domestic market, and is also mainly applied to industrial or power plants. These plants that burn such heavy fuel oil often exhaust very harmful fine particles with micron or even finer size into th...

In Korea, heavy fuel oil including bunker A or C oil comprises 31.4% of whole liquid fuel used in its domestic market, and is also mainly applied to industrial or power plants. These plants that burn such heavy fuel oil often exhaust very harmful fine particles with micron or even finer size into the air. In fact, industrial and power generating boilers that use heavy fuel oil are recognized as major source of granular pollutants in the air. In particular, fine particles emitted from these plants contain considerable amount of inorganic materials and harmful heavy metals, which are originally contained in liquid fuel. This study attempted to predict the emission characteristics of ultra fine particles(Ni, V) out of those fine particles via computer code, and suggested corresponding prediction results using 2 units of industrial boiler in actual operation, 1 unit of heavy fuel oil power plant, Pilot-Scale Refractory Combustor(originated by U.S. Environmental Protection Agency) and laboratory-scale drop-tube furnace. As a result of prediction via CEA computer code, it was found that both Ni and V tended to generate sulfide dominantly from heavy fuel oil at low temperature under the influence of sulfur. Especially, it could be predicted that NiO, V_(2)O_(5) and V_(2)O_(4) would be major chemical elements generated at major combustion temperature, i.e. temperature ranging from 1,000K to 1,900K. It was also found that those elements began to be volatilized at 1,400K and completely volatilized at 1,700K. The results of prediction via MAEROS2 show that peak concentration became gradually lower in course of time, while cut size of fine metallic particle became bigger side by side. On the other hand, this study attempted to predict each emission tendency by changing conditions such as temperature, pressure, initial concentration and ash with different particle diameters. As a result, it was found that the change of temperature, pressure and particle diameter did not any significant effect on accelerating particle growth and changing peak particle diameter, while the change of initial concentration had great impact on accelerating the growth of particle diameter in shorter time than before. For the grain size distribution of No. 6 oil as experimented in Pilot-Scale Refractory Combustor, it was noted that the volume concentration with small grain sizes was higher than that with bigger ones. This indicates that the number of particles with small grain size is more than those with bigger grain size, and any emitted pollutant particles may have more or less harmful impact on human body. For grain size distribution of domestic heavy fuel oil that was experimented in domestic drop-tube furnace, it was found that the smaller grain diameter led to the higher mass fraction. In addition, the particles with small grain diameter below 0.1 ㎛ showed 50% or higher mass fraction. Ni and V showed bi-modal distribution with grain diameter of 0.1 ㎛ and 1 ㎛, while boiler facilities in actual operation showed peak value only with grain diameter of 1 ㎛ or smaller at the rear end of anti-pollution facilities. In view of these results, it is possibly concluded that pollutant particles with 1 ㎛ or bigger are removed through anti-pollution facilities, while those below 1 ㎛ are not completely removed even through the facilities. Moreover, the mass fraction of Ni reached high level even in particles with small grain size. And it was found that PM-10 had higher Ni enrichment than TPM.

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