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연료 연소 시 발생되는 배기가스 내 질소산화물의 제어를 위해 현재 선택적 촉매 환원법(SCR)이 상용화 되어 사용되고 있다. SCR 시스템의 성능을 좌우하는 많은 운전 요소 중 배기가스의 유동을 조절하여 시스템 내 촉매층에서 균일한 체류 속도를 확보하고자 한다. 해석 방법에는 실제 상용되고 있는 장치에 대한 실험적 방법을 통한 해석 방법이 있으나 시간적, 공간적 제약이 따르므로 그 대안으로 컴퓨터를 이용한 전산 ...

연료 연소 시 발생되는 배기가스 내 질소산화물의 제어를 위해 현재 선택적 촉매 환원법(SCR)이 상용화 되어 사용되고 있다. SCR 시스템의 성능을 좌우하는 많은 운전 요소 중 배기가스의 유동을 조절하여 시스템 내 촉매층에서 균일한 체류 속도를 확보하고자 한다. 해석 방법에는 실제 상용되고 있는 장치에 대한 실험적 방법을 통한 해석 방법이 있으나 시간적, 공간적 제약이 따르므로 그 대안으로 컴퓨터를 이용한 전산 해석적 방법을 이용하여 실험하였다.
본 연구는 소형 SCR 시스템(처리용량 25,300 Sm3/hr, 내부용적 2.4×2.4×3.1 ㎥)의 촉매성능개선을 목적으로 배기가스 유동제어에 관한 전산 해석적 연구가 수행되었다. 유동제어를 위해 여러 형태의 배플이 제안되었으며 CFD 해석을 통해 최적의 배플 형상을 결정하였다. 배플 구조 결정에 사용된 변수로 배플의 형상, 배플이 이루는 각도, 배플의 두께, 배플의 수를 이용하여 유동 균일도를 평가하였다.
유동 균일화를 위해서 설치된 배플의 유무에 따라 본 연구의 SCR 시스템에서의 촉매층 전단 5 ㎜에서 유속에 대한 RMS(%) 값은 약 6.2%의 차이를 보였다. 수치해석에 의해 결정된 격자 형상의 배플에서 사용된 배플 판의 두께범위가 0∼8 ㎜에서는 RMS(%) 값의 변화가 없었으나 두께 10 ㎜가 되면 2.5%가량 수치가 증가하여 유동에 영향을 주었다. 격자 형상의 배플은 원뿔대 형상, 믹서 형상 배플에 비해 상대적으로 높은 유동안정도를 나타내며 형상에 따라 RMS(%) 값은 10% 이상의 차이를 나타내었다. 연구에 사용된 SCR 시스템의 기하학적 구조 내에서는 좌, 우 최외각 배플이 이루는 각도가 최대 104 °를 이루고 배플 수를10×10으로 사용하였을 때 가장 유동이 안정적이었으며 이 때 RMS(%) 값은 17.6%였다.
따라서 실제 적용하는 SCR 시스템 내 유체 유입부의 배플 설치는 필수적이며 시스템의 구조에 따른 적절한 배플 선택으로 SCR 시스템의 최적 성능을 보장할 수 있을 것이라 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The Selective Catalyst Reduction(SCR) is commercially used for controlling nitrogen oxide inside of the exhaust gas when burn up fuel. Many factors to influence on performance of the SCR system and control fluid of exhaust gas to secure uniform stay speed for catalyst inside of system. Analysis meth...

The Selective Catalyst Reduction(SCR) is commercially used for controlling nitrogen oxide inside of the exhaust gas when burn up fuel. Many factors to influence on performance of the SCR system and control fluid of exhaust gas to secure uniform stay speed for catalyst inside of system. Analysis method has experimental procedure on actual common use, however this method is limitations of time and space. So tested with computation analytical method as an alternative.
Numerical analysis was done to evaluate the gas flow distribution in small scale SCR system which has 2.4×2.4×3.1 m3 in volume and 25,300 Sm3/hr in flue gas flow capacity. Various types of baffles proposed for controlling the flow uniformity were evaluated by the CFD analysis to find the optimal geometry of the baffle in the SCR system. There are variables which use for decision of baffle structure uses baffle form, angle, thickness and value to evaluate liquid uniformity.
By installing baffles in the SCR system, the RMS(%) value was raised up to 6.2% compared with the baffle-uninstalled state. The effect of baffle thicknesses on the RMS(%) value was not shown within 0 and 8 ㎜ in thickness, but the RMS(%) value was raised by 2.5% in 10 ㎜ of baffles thickness, which causes the unstability in flow. By comparison between the shape of baffles, it is known that the lattice type baffle has better performance in controlling the flow uniformity than the circular truncated cone type baffle or mixer type baffle. RMS(%) values have more that 10% difference according to the shape of baffle type. It is best fluidly stable with 10 x 10 in baffle value and left, right and maximum external angles in 104 ° which use in study of SCR system geometric structure and RMS (%) value is 17.6%.
Therefore, installing baffles in fluid entrance of the SCR system are essential. So baffle selection with the SCR system structure guarantees best performance.

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