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복합화력 탈질설비 성능향상을 위한 암모니아 주입 그리드의 최적설계 방안에 관한 연구
A Study for Optimal Design of the AIG to Improve the Performance of DeNOx Facilities Installed in Combined Cycle Plant 원문보기

설비공학논문집 = Korean journal of air-conditioning and refrigeration engineering, v.19 no.12, 2007년, pp.811 - 820  

김광추 (한국전력기술(주)) ,  박만흥 (한국전력기술(주)) ,  윤준규 (경원대학교 기계.자동차공학과) ,  임종한 (경원대학교 기계.자동차공학과)

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A Study on the optimal design of the AIG(Ammonia Injection Grid) to improve the performance of DeNOx facilities in the HRSG(Heat Recovery Steam Generator) was performed using the CFD analysis. On the basis of the flow analysis results in the case that the AIG in the HRSG was not installed, the numer...

주제어

#암모니아 주입 그리드   #탈질설비   #전산유체역학 해석   #최적설계  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 해석에서는 이러한 위치마다의 속도 장의 불균일도를 이용하여 암모니아 농도장의 균일도를 증가시키기 위한 해석이 수행되었다. Fig.
  • 본 연구에서는 복합화력 열회수 보일러(heat recovery steam generator, HRSG)내 탈질설비 SCR 장치의 최적 설계 및 성능 향상을 보장하기 위한 암모니아 주입 그리드(ammonia injection grid, AIG) 의 유동 최적화를 위한 연구가 수행되었으며, 이를 위해 전산유체역학(computational fluid dynamics, CFD) 해석 방법이 이용되었다.
  • 본 연구에서는 전산유체역학(CFD)을 이용하여 SCR 탈질설비의 최적 성능을 보장하기 위한 암모니아 주입설비(AIG)의 유동최적화에 대한 전산해석이 수행되었다.
  • 본 절에서는 AIG 노즐의 분사각도의 변화에 따른 암모니아 농도장의 변화를 고찰하였다. AIG 노즐의 위치는 앞서 설치위치에 따른 변화 조건 중 2의 경우인 고압증발기 후단에 AIG가 설치된 경우를 기본 모델로 하여 노즐의 분사각도를 15° 와 30°인 경우로 바꾸어 가며 전산해석을 실시하였다.
  • 본 절에서는 HRSG내 AIG의 설치위치에 따른 유 동장 해석 결과를 고찰하였다.
  • 본 절에서는 우선 HRSG내에 AIG가 설치되지 않은 경우에 대한 열유동 해석을 고찰하였다. Fig.

가설 설정

  • 유동의 불균일로 인해상하간 높이마다 배기가스의 유속이 다르게 나타나는 점에 착안하여 HRSG내 동일 지점 횡단면에 대해 높이별로 AIG 노즐들을 그룹화하고 세분화하여 각 그룹마다 다른 양의 암모니아 분사하여 이에 따른 유동장 변화를 고찰하였다. AIG 의 설치위치는 고압증발기 후단에 설치하는 것으로 가정하였으며, 암모니아 농도장의 균일도를 고찰하기 위한 표준편차의 계산은 저압절탄기 후단 면에 대하여 수행하였다. AIG 노즐은 Fig.
  • 3은 설계인자들에 따른 전산해석 수행을 위해 모델링된 암모니아 주입그리드를 나타내고 있다. AIG의 최적 위치 선정을 위해 4개의 지점에 AIG가 모델링되었으며, 설치 위치는 입구 덕트를 지난 확관 덕트의 중간, 고압증발기 (HP ev-aporator) 후단, 고압절탄기(HP economizer) 후단 및 저압과열기 (LP superheater) 후단으로 가정하였다. 또한 노즐의 최적 분사를 위해 확관 덕트 및 고압증발기 후단의 AIG는 덕트의 하단으로부터 상단까지 5개의 영역으로 균등하게 분할 하여 모델링하여 위치에 따른 암모니아 분사량을 조절할 수 있도록 하였다.
  • 암모니아 주입그리드가 설치되는 HRSG 덕트 내의 유동을 정상상태 비압축성 3차원 유동으로 가정하고 질량보존방정식 , 운동량보존방정식 및 에 너지보존방정식 이 지 배방정 식으로 사용되 었다. 또한 농도장 해석을 위해 화학종 보존방정식이 사용되었다.
  • AIG 부분의 모델링은 다공성 매질과 같이 유체 영역으로 설정하되 압력강하 및 열손실은 무시하고 운동량 방정식의 생성 항을 통해 암모니아가 주입되도록 하였다. 암모니아의 공급량은 134kg/hr로 가정하였으며 희석조건은 5%의 조건으로 정하였다. HRSG 입구 덕트를 통해 유입하는 배기가스의 속도조건은 40.
  • 또한 농도장 해석을 위해 화학종 보존방정식이 사용되었다. 이때 화학종 간에 화학적 반응은 없다고 가정하였다. 난류모델로는 재순환 유동 및 급격한 유동 단면적의 변화가 일어나는 난류 유동 특성을 비교적 타당하게 예측할 수 있는 것으로 알려진 RNG k~e 모델을 적용하였다.
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참고문헌 (18)

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